以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1および図2は本発明の一実施形態による4サイクル火花点火式エンジンの概略構成を示している。このエンジンには、シリンダヘッド10およびシリンダブロック11を有するエンジン本体1と、エンジン制御用のECU2(図9参照)とを備え、エンジン本体1には、複数の気筒(図示の実施形態では4つの気筒)12A〜12Dが設けられている。各気筒12A〜12Dにはコンロッドを介してクランク軸3に連結されたピストン13が嵌挿され、ピストン13の上方に燃焼室14が形成されている。
各気筒12A〜12Dの燃焼室14の頂部には点火プラグ15が装備され、そのプラグ先端が燃焼室14内に臨んでいる。さらに、燃焼室14の側方部には、燃焼室14内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁16が設けられている。この燃料噴射弁16は、図略のニードル弁及びソレノイドを内蔵し、パルス信号が入力されることにより、そのパルス入力時期に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噴射するように構成されている。そして、点火プラグ15付近に向けて燃料を噴射するように燃料噴射弁16の噴射方向が設定されている。なお、この燃料噴射弁16には図外の燃料ポンプにより燃料供給通路等を介して燃料が供給され、かつ、圧縮行程での燃焼室内の圧力よりも高い燃料圧力を与え得るように燃料供給系統が構成されている。
また、各気筒12A〜12Dの燃焼室14に対して吸気ポート17及び排気ポート18が開口し、これらのポート17,18に吸気弁19及び排気弁20が装備されている。これら吸気弁19及び排気弁20は、図外のカムシャフト等からなる動弁機構により駆動される。そして、後に詳述するように各気筒12A〜12Dが所定の位相差をもって燃焼サイクルを行うように、各気筒12A〜12Dの吸・排気弁19,20の開閉タイミングが設定されている。
上記吸気ポート17および排気ポート18には、吸気通路21および排気通路22が接続されている。上記吸気ポート17に近い吸気通路21の下流側は、図2に示すように、各気筒12A〜12Dに対応して独立した分岐吸気通路21aとされ、この各分岐吸気通路21aの上流端がそれぞれサージタンク21bに連通している。このサージタンク21bよりも上流側には共通吸気通路21cが設けられるとともに、この共通吸気通路21cには、アクチュエータ24により駆動されるスロットル弁23からなる吸気流量調節手段が配設されている。このスロットル弁23の上流側および下流側には、それぞれ吸気流量を検出するエアフローセンサ25と、吸気圧力(負圧)を検出する吸気圧センサ26とが配設されている。
また、エンジン本体1には、タイミングベルト等によりクランク軸3に連結されたオルタネータ(発電機)28が付設されている。このオルタネータ28は、図示を省略したフィールドコイルの電流を制御して出力電圧を調節可能に構成され、ECU2からの制御信号に基づき、通常時に車両の電気負荷および車載バッテリーの電圧等に対応した目標発電電流の制御が実行されるように構成されている。
さらに、上記エンジンには、クランク軸3の回転角を検出する2つのクランク角センサ30,31が設けられ、一方のクランク角センサ30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、上記両クランク角センサ30,31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3の回転方向および回転角度が検出されるようになっている。
また、上記エンジンでは、カムシャフトの特定回転位置を検出して気筒識別信号として出力するカム角センサ32と、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ33とが設けられ、さらに図9に示すように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34と、運転者がブレーキ操作を行ったことを検出するブレーキセンサ35と、後述する自動変速機構50の油温を検出する油温センサ37と、車速を検出する車速センサ38と、自動変速機構50における各摩擦要素に対応する作動圧を検出する作動圧センサ39とが設けられている。そしてそれぞれ出力される各検出信号がECU2に入力されるようになっている。
また、エンジンは、図3に示すように、その出力軸であるクランク軸3を通じて自動変速機構50に接続されている。この自動変速機構50は、クランク軸3に連結されたトルクコンバータ51と、このトルクコンバータ51の出力軸であるタービンシャフト59に連結された多段変速機構52とを備え、これらに含まれる複数の摩擦要素を断続させることにより、車輪側への駆動力の伝達が切り離されたニュートラル状態と、車輪側への駆動力の伝達が可能なドライブ状態とに切り換え可能に構成されている。
上記トルクコンバータ51は、クランク軸3に連結されたポンプカバー53と、このポンプカバー53に一体に形成されたポンプインペラ54と、これに対向するように設置されたタービン(タービンライナ)55と、その間でワンウェイクラッチ56を介してケース57に取付けられたステータ58とを備えている。上記ポンプカバー53内の空間には、作動流体としてのオイル(作動油)が充満され、ポンプインペラ54の駆動力がこの作動油を介してタービン55に伝達されるものとなされている。そして、タービン55に連結されたタービンシャフト59を介して多段変速機構52との間で駆動力の伝達がなされる。
そして、ケース57には、このタービン55の回転速度を検出するタービン用回転センサ36が、タービンシャフト59と一体的に回転するフォワードクラッチ67(後述する)の外周面に対向した状態で設けられている。具体的にはこのタービン用回転センサ36は、先端部がフォワードクラッチ67のドラムの外周面に対向して配置され、ドラム外周面に設けられたスプライン状の凹凸がドラムの回転によって変位することによって生じる誘導電圧の周期的変化を検知することにより、上記タービンシャフト59の回転数を通じてタービン55の回転数を検出するように構成されている。
ポンプインペラ54には中空回転シャフト60が連結され、このシャフト60の後端部(エンジン本体1側と反対側の端部)にオイルポンプ61が取付けられている。ケース57内にはこのオイルポンプ61とは別に電動オイルポンプ62(図5参照)が設けられ、これらの各オイルポンプ61,62が後述する油圧制御機構63に接続されている。そして、ECU2により、これらのオイルポンプ61と電動オイルポンプ62との間で切り換え制御が行われるとともに油圧制御機構63の油路(流体路)の切り換えやライン圧の設定等の制御が行われ、油圧制御(作動流体の圧力制御)により後述する摩擦要素67〜71を断続(締結、解放)させるように構成されている。
ここで、オイルポンプ61とは別に電動オイルポンプ62を設けているのは、エンジンの停止時や始動初期にエンジン回転速度が十分でないために、オイルポンプ61によっては所望のライン圧を供給し難い場合に、ライン圧を確保するためであり、この観点からオイルポンプ61と電動オイルポンプ62との切り換えのタイミングが設定されている。
トルクコンバータ51には、更に上記ポンプカバー53とタービン55との間に介設され、該カバー53を介してクランク軸3とタービン55とを直結するロックアップクラッチ64が設けられている。このロックアップクラッチ64は、上記オイルポンプ61および電動オイルポンプ62に油圧制御機構63を介して接続されており、車速に応じてこの油圧制御機構63に設けられた各種ソレノイドバルブをオン・オフ制御することにより油路が切り換えられてロックアップクラッチ64が断続されるようになっている。
一方、多段変速機構52は、第1および第2遊星ギヤ機構65,66と、この遊星ギヤ機構65,66を含む動力伝達経路を切り換える締結要素(クラッチやブレーキ等の複数の摩擦要素67〜71及びワンウェイクラッチ72)とを備え、シフトレンジ(Dレンジ、Nレンジ、Rレンジ等)に応じ、これらの締結要素67〜72を断続して前進速、ニュートラル状態、後退速を切り換えるように構成されている。
第1および第2遊星ギヤ機構65,66は、それぞれ、サンギヤ65a,66aと、これらのサンギヤ65a,66aの周りに配置されこれらに噛合する複数個(例えば3個)の遊星ギヤ65b,66bと、これらの遊星ギヤ65b,66bを支持するキャリヤ65c,66cと、遊星ギヤ65b,66bの周りを取り囲むように配置されこれらの噛合するリングギヤ65d,66dとを備え、第1遊星ギヤ機構65のリングギヤ65dと第2遊星ギヤ機構66のキャリヤ66cとが連結されているとともに、第1遊星ギヤ機構65のキャリヤ65cと第2遊星ギヤ機構66のリングギヤ66dとが連結され、各遊星ギヤ機構65,66が連動し得るものとなされている。
摩擦要素は、上記タービンシャフト59および第1遊星ギヤ機構65のサンギヤ65aの間に介在するフォワードクラッチ67と、タービンシャフト59と第2遊星ギヤ機構66のサンギヤ66aとの間に介在するリバースクラッチ68と、タービンシャフト59と第2遊星ギヤ機構66のキャリヤ66cとの間に介在する3−4クラッチ69と、第2遊星ギヤ機構66のサンギヤ66aを固定する2−4ブレーキ70と、これらの遊星ギヤ機構65,66とケース57との間に並列的に介在するローリバースブレーキ71等とを備える。またワンウェイクラッチ72は、キャリヤ65c及びリングギヤ65dの一方向(クランク軸3の駆動方向)への回転のみを可能ならしめ(アンロック)、逆方向へは回転しないようにロックする。これらの締結要素67〜72が断続されて出力ギヤ73に繋がる動力伝達経路が変更ないし断絶されるものとなされている。
そして、この出力ギヤ73が回転することにより、駆動力が車輪側、すなわち伝導ギヤ74,75,76および差動機構77を介して左右の車軸78,79に伝達されるようになっている。
これらの締結要素67〜72の断続状態と変速段との関係を図4に示す。この図4において、○印は各締結要素67〜72が締結またはロックされた状態を示し、無印はこれらが解放またはアンロックされた状態を示している。従って、Rレンジでは、リバースクラッチ68とローリバースブレーキ71が締結され、Nレンジ(ニュートラルレンジ)では、全ての締結要素67〜72が解放/アンロックされている。また、Dレンジ(ドライブレンジ)の第1速段ではフォワードクラッチ67が締結されるとともにワンウェイクラッチ72がロック状態とされ、第2速段ではフォワードクラッチ67および2−4ブレーキ70が締結され、第3速段ではフォワードクラッチ67および3−4クラッチ69が締結され、第4速段では3−4クラッチ69および2−4ブレーキ70が締結されている。
摩擦要素67〜71は、ロックアップクラッチ64と同様に、油圧制御機構63(図5参照)を介してオイルポンプ61および電動オイルポンプ62に接続されており、ECU2によって、後述する第1および第2シフトソレノイドバルブ83,84や第1〜第3デューティーソレノイドバルブ85〜87を駆動して油路、油圧等を切り換え、変更することにより、断続される。
具体的には、油圧制御機構63には、図5に示すような油圧制御回路を含み、この油圧制御回路がオイルポンプ61及び電動オイルポンプ62に接続されて当該ポンプ61,62から元圧が供給される。この油圧制御機構63は、各ポンプ61,62から摩擦要素67〜71の油圧室(図示せず)に繋がるライン81(油路)と、このライン81におけるポンプ61,62の下流側近傍に配設されライン圧を調圧するレギュレータバルブ82と、ポンプ61,62に連通するラインを切り換える各種バルブをON・OFFする第1,第2シフトソレノイドバルブ83,84(以下、単に「第1,2SV」という)と、ECU2から出力されるduty値に基づいて作動圧を調圧する第1〜第3デューティーソレノイドバルブ85〜87(以下、単に「第1〜第3DSV」という)とが含まれている。なお、第1及び2SV83,84及び第1〜第3DSV85〜87は、三方弁として構成されている。また、ポンプ61、62とライン81とを結ぶ油路上に、オイル供給源をオイルポンプ61と電動オイルポンプ62とに切換える切換弁91が設けられている。
そして、車速、スロットル開度、エンジン回転速度、タービン回転速度等に基づき各種バルブを作動させて摩擦要素67〜71を断続させることにより、自動変速機構50を複数段間で切り換えて車速等に応じたギヤがシフトレバーの位置に応じて或いは自動的に選択する制御がECU2において行われるように構成されている。図6は、車速とスロットル開度に応じた自動変速機構50の切換マップを示している。図7は、各ソレノイドバルブ83〜87の各変速段ごとの作動状態の組み合わせを示している。この図7で、○印は、第1,第2SV83,84についてはON,第1〜第3DSV85〜87についてはOFFであって、いずれも、上流側のラインを下流側のラインに連通させて元圧をそのまま、あるいは作動圧となして下流側に供給する状態を示し、×印は、第1,第2SV83,84についてはOFF,第1〜第3DSV85〜87についてはONであって、いずれも、上流側のラインを遮断して、下流側のラインをドレンさせた状態を示す。
例えば、多段変速機構52について第1速段が選択されている場合の油圧制御機構63の作用について説明すると、図5および図7に示すように、第3DSV87のみが作動して、上流側のライン圧を元圧として作動圧が生成され、この作動圧がライン81bを介してロックアップコントロールバルブ88に供給される。そして、この時点では、該ロックアップコントロールバルブ88のスプールが右側に位置することにより、さらにフォワードクラッチライン81cを介してフォワードクラッチ67の油圧室にフォワードクラッチ圧(作動圧)として供給され、これにより該フォワードクラッチ67が締結される。
このフォワードクラッチ67の作動圧の時間変化を図5および図8を用いてフォワードクラッチの作用とともに説明する。まず、第3DSV87のみが作動することにより、第3DSV87の下流側ライン81b及びフォワードクラッチライン81cに作動油が供給される。ライン81b,81cに作動油が充満した時点t1で、各ライン81b,81cの油圧、すなわちフォワードクラッチ67の作動圧が上昇する。この作動圧が所定値P1に達した時点t2で、解放位置にあるフォワードクラッチ67のピストン(図示せず)がリターンスプリング(図示せず)に抗して締結方向に移動し始める。そして、作動圧が所定値P2に達してこのフォワードクラッチ67が当接位置に移動してクリアランス(クラッチプレート間の隙間)が0になると(図8で時点t3)、その移動が規制されることにより作動圧の増加率が上昇し、フォワードクラッチ67がスリップしている状態から徐々に伝達駆動力の大きな状態へと移行する。そして、作動圧が所定の作動圧P3に達した時点t4で、アキュムレータ90が作動することにより、作動圧の増加率が低下して、急激なトルク変動(ショック)を抑制しつつ締結が進行する。そしてアキュムレータ90の容量が一杯になる時点t5までの間に、フォワードクラッチ67は完全締結状態となる。さらに作動圧を上昇させることにより、急激なトルク変動に伴う伝達駆動力の変動にも対応可能な、充分大きな締結力を得る。なお、上記第1速段以外の変速段が選択された場合においても上記フォワードクラッチ67と同様に、各摩擦要素68〜71への油圧制御が行われる。
また、この自動変速機構50は、ECU2によって油圧制御機構63が制御されて車輪側への駆動力の伝達が切り離されたニュートラル状態となると、必要に応じて各摩擦要素67〜71が締結直前の状態、いわゆるプリチャージ状態に設定可能に構成されている。すなわち、一般に、この種の自動変速機構において、変速時やエンゲージメント操作時等に油圧制御回路で生成された作動圧を摩擦要素の油圧室に供給することによって変速等を行うものとなされているが、変速動作等の開始後、直ちに作動圧を生成して摩擦要素の油圧室に供給する場合でも、油圧制御回路の各ラインや摩擦要素等の油圧室から作動油が抜けたり、作動圧が低下したりしていることがあり、変速動作時にこれらを作動油で充満させ、しかも摩擦要素を解放位置から当接位置に移動させるために、所定時間のタイムラグを生じ、摩擦要素の締結動作が遅れるといった問題があった。
すなわち、図8において、作動油の供給開始時点t0からクラッチクリアランスが無くなる時点t3を経てクラッチが完全締結するまで一定の時間を要するため、油圧制御機構63が自動変速機構50の切換信号を受けてから完全締結状態に至るまでに遅れを生じ、加速要求等に対する応答性に劣る問題があった。
そこで、当実施形態では、ECU2によって、少なくともエンジンの自動停止動作期間中に、自動変速機構50がニュートラル状態となされて各摩擦要素67〜71が解放状態にある場合に、電動オイルポンプ62により作動圧を供給して摩擦要素67〜71に対する作動圧をプリチャージ圧Ppにまで高めることにより、これらの摩擦要素67〜71を所定の解放位置から締結方向に移動させて各摩擦要素67〜71において駆動力が伝達されるまでに至らないスリップ状態(締結状態の直前状態)としている。これにより、作動圧の立ち上げ時間(時点t0〜t2までの期間)、摩擦要素67〜71の移動時間(時点t2〜時点t3までの期間)を省いたプリチャージ状態に自動変速機構50を設定可能に構成されている。
例えば、フォワードクラッチ67のプリチャージ状態を、図5および図8に基づいて説明する。フォワードクラッチ67をプリチャージ状態とするときには、ECU2が第3DSV87を制御することにより作動圧をプリチャージ圧Ppに調圧する。当実施形態では、このプリチャージ圧Ppをフォワードクラッチ67が略当接位置に移動してスリップ状態にある場合の作動圧P2ないしはフォワードクラッチ67が当接位置から僅かに解放方向に変位している場合の作動圧、すなわち上記作動圧P2よりも僅かに低い値に設定されている。なお、プリチャージ圧Ppは、油温等によって変化することから、ピストン13の移動をより確実に防止する観点から、プリチャージ圧Ppは、作動圧P2よりも若干低い値に設定されるのが好ましい。
フォワードクラッチ67以外の摩擦要素をプリチャージ状態とする場合も第1DSV85、第2DSV86および第3DSV87のうち適宜必要なDSVを制御することにより作動圧をプリチャージ圧に調圧する。
ここで、プリチャージ状態は、摩擦要素67〜71に接続されるライン81に作動油を充填させる初期プリチャージ段階、すなわち上記フォワードクラッチ67の例で、ライン81bに作動油を充満させる段階(0<Pp≦P1)と、この初期プリチャージ段階を経由して摩擦要素67〜71を解放位置から締結方向に移動させて締結直前の状態とさせる後期プリチャージ段階(P1<Pp≦P2)、すなわち上記例で、ライン81bに作動油を充満させてこの作動圧をP2にまで高める段階(図8でt2〜t1期間)とを含んでいる。当実施形態では、摩擦要素67〜71をプリチャージ状態とする際には、フォワードクラッチ67と同様の後期プリチャージ段階のプリチャージ状態(以下後期プリチャージ状態ともいう)とするように構成されている。
ここで説明したNレンジ、Dレンジとは、変速レバーによるシフト操作位置を示すのではなく、各ソレノイドバルブが制御された実質的な変速機の状態を言う。従って、プリチャージ状態は、変速レバーによるシフト操作位置がDレンジポジションのまま、自動的にNレンジ(ニュートラル状態)とされ、かつ、このニュートラル状態にあって、流体路に作動流体が所定の流体圧になるまで充填され、摩擦要素が締結する一歩手前の状態を言う。
前記ECU2は、CPU,ROM,RAM等を備えたコンピュータ等からなり、具体的には、予めROM(又はRAM)に記憶されているプログラムがCPUによって実行されることによって、車両の各種動作等が制御される。ECU2には、図9に示すように、上記各センサ25,26,30〜34からの信号を受け、上記燃料噴射弁16に対して燃料噴射量及び噴射時期を制御する信号を出力するとともに、点火プラグ15に対して点火時期制御信号を出力し、かつ、スロットル弁23のアクチュエータ24に対してはスロットル開度を制御するための制御信号を出力し、さらにオルタネータ28のレギュレータ回路28aに対して発電量を制御する信号を出力する。また、ECU2は、上記各センサ25,26,30〜39からの信号を受け、油圧制御機構63の元圧の供給元をオイルポンプ61と電動オイルポンプ62との間で切り換える切換信号を切換弁91に出力するとともに、油圧制御機構63(具体的にはこれに含まれるソレノイドバルブ等)に対して各摩擦要素67〜71の作動圧を調圧する信号を出力する。
そして、ECU2は、停車アイドリング時だけでなく、車両の走行中においても、所定のエンジン停止条件が成立可能に設定され、該エンジンの自動停止条件が成立したときに、燃料の供給を停止して自動的にエンジンを停止させるとともに、このエンジンの自動停止動作期間中、或いはエンジンの自動停止後、乗員によるアクセル操作等により所定のエンジン再始動条件が成立したときに、エンジンの燃焼によるエネルギーにより自動的にエンジンを再始動させるように構成されている。なお、当実施形態では、上記自動停止条件が複数設定されており、これらの全ての条件が満たされた時に自動的にエンジンを停止させるべく構成されている。一方、上記再始動条件も複数設定されており、その条件内容に応じて一ないし複数の条件が成立した場合にエンジンを自動的に再始動させるように構成されている。
このエンジンの再始動について具体的に説明するが、以下の説明において、エンジン停止時に圧縮行程にある気筒を圧縮行程気筒(または停止時圧縮行程気筒)と称し、同様に各行程にある気筒をそれぞれ、膨張行程気筒(または停止時膨脹行程気筒)、吸気行程気筒(または停止時吸気行程気筒)、排気行程気筒(または停止時排気行程気筒)と称する。そして説明の都合上、気筒12Aが膨張行程気筒、気筒12Bが排気行程気筒、気筒12Cが圧縮行程気筒、気筒12Dが吸気行程気筒であると想定する。
まず停止時圧縮行程気筒12Cに対して初回の燃焼を実行してそのピストン13を押し下げ、停止時膨張行程気筒12Aのピストン13を上昇させる逆転作動によって筒内圧力を高めてから、当該膨張行程気筒12Aに対して燃料を噴射させて点火、燃焼を行わせるようにして、停止時膨張行程気筒12Aでの燃焼エネルギーを高めるとともに当該気筒12Aのストロークを確保することによりエンジンを再始動させるようにECU2が構成されている。
このように、エンジンをその燃焼エネルギーだけで再始動させるためには、停止時膨張行程気筒12Aでの燃焼エネルギーを如何にして最大限に引き出すかが問題となり、そのためにはエンジンの停止時にピストン13を所定の範囲に停止させて停止時圧縮行程気筒12Cおよび停止時膨張行程気筒12Aの燃焼のための空気量を適正に確保する必要がある。そこで、停止時膨張行程気筒12Aを基準として、その行程中央、つまり圧縮上死点後のクランク角が90°CAとなる位置をやや下死点側に超える所定範囲、例えば圧縮上死点後のクランク角が100°〜120°CAとなる範囲内にピストン13を停止させることができれば、停止時圧縮行程気筒12C内に所定量の空気が確保されて上記初回の燃焼によりエンジンを若干逆転させることができるとともに、停止時膨張行程気筒12Aでの燃焼によるエネルギーを充分に確保することができる。
このエンジンの自動停止時におけるピストン13の停止位置制御の具体的手法は、種々あるが、ここではスロットル弁23の開度を制御することによってエンジン停止時における膨張行程気筒12Aおよび圧縮行程気筒12Cの空気による圧縮反力を調整するとともに、エンジンの自動停止過程におけるオルタネータ28の発電量を制御することによってクランク軸3の抵抗を通じてエンジンの回転速度を微調整し、これにより燃料噴射の停止以降、エンジン回転速度Neを予め実験等によって定められた基準ラインに沿って低下させピストン13の停止位置を制御している。
具体的には、ECU2は、図10および図11に示すように、エンジンの自動停止条件が成立した時点T0で、摩擦要素67〜71を全て解放することにより、自動変速機構50をドライブ状態(ここではDレンジ)からニュートラル状態(ここではプリチャージ状態のNレンジ)に切り換える。このエンジンの自動停止動作期間(自動停止条件の成立後、エンジンが完全停止するまでの期間)における上記ニュートラル状態は、作動圧がプリチャージ圧Ppに設定されることにより、フォワードクラッチ67、3−4クラッチ69および2−4ブレーキ70が締結直前のプリチャージ状態となっている。このように自動変速機構50をニュートラル状態に切り換えることにより、車軸側からの逆駆動力による影響を絶つことができる。なお、自動変速機構50をプリチャージ状態のニュートラル状態とすることにより、エンジンの自動停止動作期間中に再始動条件が成立した場合でも図8における時点t0〜時点t3までの期間を省略して必要な摩擦要素を迅速に締結させて所定の変速段となし、再加速応答性を向上することができる。
ECU2は、さらに時点T0以降、スロットル弁23の開度Kを15%で安定させた後、所定時間が経過した時点T1で、エンジン回転速度Neおよびブースト圧Btがピストン13を所定の適正範囲内に停止させるための制御を適正に実行可能な所定の制御適正範囲内にある場合に、各気筒12に対する燃料噴射を停止させるように構成されている。この時点T1で燃料噴射が停止されると、クランク軸3等が有する運動エネルギーが摩擦抵抗による機械的な損失や、各気筒12A〜12Dのポンプ仕事によって消費されることにより、エンジンのクランク軸3は惰性で数回転し、4気筒4サイクルのエンジンでは10回前後の圧縮上死点を迎えた後に停止する。
このピストン13の停止位置は、上記したように、停止時圧縮行程気筒12Cおよび停止時膨張行程気筒12Aにおける圧縮反力のバランスにより略決定されるとともに、エンジンの摩擦抵抗等の影響を受け、最後の圧縮上死点を超えた時点T4におけるエンジンの回転慣性、つまりエンジン回転速度Neの高低によっても変化する。
したがって、エンジンが自動停止する際に膨張行程にある膨張行程気筒12Aのピストン13を再始動に適した上記適正範囲内に停止させるためには、まず膨張行程気筒12Aおよび圧縮行程気筒12Cの圧縮反力がそれぞれ充分に大きくなり、かつ膨張行程気筒12Aの圧縮反力が圧縮行程気筒12Cの圧縮反力よりも所定値以上大きくなるように、両気筒12A,12Cに対する吸気流量を調節する必要がある。
このために、当実施形態では、燃料噴射の停止時点T1でスロットル弁23の開度Kを大きな値(例えば全開時の30%程度の開度)に設定することにより、上記膨張行程気筒12Aおよび圧縮行程気筒12Cの両方に所定量の空気を吸入させた後、エンジンの回転速度Neが予め設定された基準速度N1(例えば790rpm程度)以下に低下したことが確認された時点T2で、上記スロットル弁23を閉止してその開度Kを低減することにより上記吸入空気量を調節するようにしている。
ところで、エンジンの回転速度Neが所定速度となった時点T1で燃料噴射を停止し、その後の所定期間に亘りスロットル弁23を開弁状態に維持するようにして、惰性により回転するエンジンの各気筒12A〜12Dに設けられたピストン13が圧縮上死点を通過する際の上死点回転速度neを計測するとともに、エンジンの停止時点における膨張行程気筒12Aのピストン位置を調べると、エンジンが停止状態となる前の6番目〜2番目における上死点回転速度neが、図12にハッチングで示すような所定の範囲内にあれば、上記ピストン13の停止位置がエンジンの再始動に適した範囲(圧縮上死点後の100°〜120°CA)に入ることが実験的に確かめられた。
従って、ECU2は、上記ピストン13を適正範囲内に停止させる制御が可能な速度にエンジンの回転速度Neを維持するために、上記燃料噴射の停止時点T1でオルタネータ28の目標発電電流Geを、例えば0に設定し、エンジン回転速度Neが基準速度N1以下に低下した時点T2で、オルタネータ28の目標発電電流Geを予め設定された初期値に上昇させる制御を実行した後、エンジンの上死点回転速度neが所定範囲内になった時点T3で、上記オルタネータ28の目標発電電流Geをエンジン回転速度Neの低下状態に対応した値に低下させてクランク軸3の回転抵抗を調節し、エンジンの外部負荷をエンジン回転速度Neの低下度合に対応させて変化させることにより、予め行った実験等に基づいて設定された基準ラインに沿ってエンジン回転速度Neを低下させるべく構成されている。
上記エンジンの自動停止にあたってのECU2の制御をまとめると、ECU2は、エンジンの自動停止に当たって、スロットル弁23の開度を制御することによってエンジン停止時における膨張行程気筒12Aおよび圧縮行程気筒12Cの空気による圧縮反力を調整するとともに、エンジンの自動停止過程におけるオルタネータ28の発電量を制御することによってクランク軸3の抵抗を通じてエンジンの回転速度を微調整し、これにより燃料噴射の停止以降、エンジン回転速度Neを予め実験等によって定められた基準ラインに沿って低下させ、ピストン13を所定の適正範囲に停止させる制御を行っている。
ところで、この種のエンジンの始動装置では、所定の再始動条件が成立した場合には、エンジンを迅速に再始動させて早期に車両を再加速可能な状態に移行させることが望まれる。このため、エンジンを自動停止させた後は、再始動条件の成否に拘わらず、エンジンの自動停止の際に切り換えられた自動変速機構50をニュートラル状態からドライブ状態に切り換えて再始動条件の成立に備えるのが好ましい。ところが、自動変速機構50をドライブ状態に切り換えると、車両が走行している場合には、車軸78,79から多段変速機構52を介してタービン55に逆駆動力が伝達され、この逆駆動力が作動油を介してポンプインペラ54に作用することによりクランク軸3に作用し、このため折角所定の適正範囲に停止させたピストン13を移動させてしまいかねない。
そこで当実施形態では、次のようにして逆駆動力の影響を抑制している。まず緩減速時、たとえば図11に示すようにアクセル操作A101をOFFかつブレーキ操作B101をOFFとした惰行運転によって車速V101のように緩減速させるような場合には、トルクコンバータ51を含む自動変速機構50において、タービン55の回転速度(以下タービン回転速度という)がある程度の回転速度Tri(以下、影響回転速度と称する)に達しなければ車輪側からの逆駆動力によってエンジンのクランク軸3が回転されないという特性を有効に利用して、タービン回転速度が上記影響回転速度Triを超えない範囲でエンジン停止後にドライブ状態に切換える(変速段G101)制御を行っている。
ここでECU2は、自動変速機構50がニュートラル状態にあるときにドライブ状態に切り換えられた場合のタービン回転速度の予測値(以下、予測タービン回転速度Treという)を算出するとともに、クランク角センサ30,31の検出結果に基づいてエンジンの自動停止を判定した場合であって、予測タービン回転速度Treが上記影響回転速度Triよりも低いと判定した場合に、自動変速機構50をニュートラル状態から所定変速段のドライブ状態に切り換えるように制御している。
具体的には、ECU2は、クランク角センサ30,31の検出結果に基づいてエンジンの停止を判定した場合には、このエンジン停止時点から再始動条件が成立するまで所定間隔置きに車速センサ38によって車速を検出する。そして、仮に自動変速機構50をニュートラル状態からドライブ状態へ切換えたとき、その切換が完了した時点におけるタービン回転速度Treを予測するように構成されている。この予測タービン回転速度Treは、具体的には、ECU2において、車速センサ38によって検出された車速に基づいて、減速度が求められるとともに上記車速に応じた変速段が図6の切換マップに基づいて選択され、これらの車速、減速度、選択された上記変速段のギヤ比、および予め入力されているタイヤ径、差動機構77のギヤ比等に基づいて所定の数式に当てはめることにより算出される。
一方、上記影響回転速度Triは、自動変速機構50の構成等によって異なり、予め実験等によって求められてECU2に記憶されている。当実施形態では、この影響回転速度Triがアイドル回転速度(Dレンジで650rpm)よりも高い1200rpmとなっている。
そして、ECU2は、予測タービン回転速度Treが影響回転速度Triを下回るまで自動変速機構50の切換を待機して、予測タービン回転速度Treが影響回転速度Triを下回った(予測タービン回転速度Tre<影響回転速度Tri)時点で自動変速機構50をニュートラル状態からドライブ状態に切り換えるように構成されている。ここで自動変速機構50をドライブ状態としても、そのときのタービン回転速度が影響回転速度Triより低いので、その逆駆動力がピストン13の停止位置に影響を及ぼすことはない。
一方、急減速時、たとえば図11に示すようにアクセル操作A102をOFF、ブレーキ操作B102をON(特に強く)とすることによって車速V102のように急減速させる場合には、予測タービン回転速度Treが影響回転速度Triを下回ってもプリチャージのニュートラル状態を継続させる(変速段G102)。そのため、車軸側からの逆駆動力がクランク軸3に伝達されることがないので、ピストン13の停止位置に影響を及ぼすことはない。
次に、エンジンの再始動時の制御について説明する。ECU2は、上記のようにして自動停止状態にあるエンジンについて、所定の再始動条件が成立した場合であって、停止時膨張行程気筒12Aのピストン13が所定の適正範囲内にある場合には、停止時圧縮行程気筒12Cにおいて初回燃焼を実行してエンジンを逆転作動させることにより、停止時膨張行程気筒12Aの筒内圧力を高め、このように筒内圧力が高まった状態で当該停止時膨張行程気筒12Aに対して燃料を噴射させて点火、燃焼を行わせるようにして、当該エンジンを自動的に再始動するように制御する。
但し、上記自動変速機構50のニュートラル状態からドライブ状態への切換前に再始動条件が成立した場合には、ECU2は、予測タービン回転速度Treに拘わらず、停止時圧縮行程気筒12Cにおける燃焼を実行した後停止時膨張行程気筒12Aの燃焼を実行させてから、自動変速機構50をニュートラル状態からドライブ状態に切換完了されるように構成されている。具体的には、エンジンの逆転作動が終了して正転作動に移行した後の所定時期に自動変速機構50がドライブ状態に切換完了されるように、エンジン再始動のための初回燃焼を実行した後、所定時間(例えば、0.05秒)経過後に自動変速機構50に対して切換信号を出力するように構成されている。このように、再始動に伴う燃焼を停止時膨張行程気筒12Aで実行してから自動変速機構50をドライブ状態に切り換えると、予測タービン回転速度Treが影響回転速度Triを上回っている場合には、逆駆動力がクランク軸3に作用することになるが、この逆駆動力が作用する前に停止時圧縮行程気筒12Cおよび停止時膨張行程気筒12Aでの燃焼が実行されるため、自動変速機構50の切換に伴う逆駆動力によってピストン13の移動による再始動性の悪化を防止することができるとともに、停止時吸気行程気筒12Dのピストン13が最初に迎える圧縮上死点を通過するまでの再始動不安定期間において逆駆動力がクランク軸3に作用することになり、この逆駆動力をエンジンの再始動の際のアシストとして用いることができ、エンジンを確実に再始動することができる。しかも、逆駆動力による再始動のアシストがエンジンの逆転作動後に作用するので、このエンジンの逆転作動が阻害されることもなく、停止時膨張行程気筒12Aの筒内圧力を有効に高めることができる。
上記したように自動変速機構50の切換後、および切換前のいずれの場合であっても、エンジンを再始動する場合には次のようにして行われる。すなわち、エンジン停止後に所定の再始動条件が成立したときは、ECU2によって自動的にエンジンを再始動する制御が行われるが、この際、ピストンの停止位置が膨張行程気筒において行程中間部付近の所定適正範囲内にある場合は、エンジンをいったん逆転作動させてから再始動させるものとなされている。
このエンジンの再始動制御を図13および図14のタイムチャートに基づいて説明する。なお、エンジンの再始動制御はこれに限定するものではなく、その他の公知の再始動制御であってもよい。
図13および図14に示すように、先ず圧縮行程気筒12C(第3気筒)において1回目の燃料噴射J2が行われ、その点火によって燃焼(図13中の(1))が行われる。この燃焼(1)による燃焼圧(図14中のa部分)で、圧縮行程気筒12Cのピストン13が下死点側に押し下げられてエンジンが逆転方向に駆動される。
上記エンジンの逆転作動に伴って停止時膨張行程気筒12A(第1気筒)のピストン13が上死点方向に動き始める。そして、膨張行程気筒12Aのピストン13が上死点側(望ましくは行程中央より上死点寄り)に移動し、上記気筒12A内の空気が圧縮された時点で燃料噴射J1が行われる。この噴射燃料の気化潜熱によって圧縮圧力が低減し、ピストン13がより上死点に近付くので圧縮空気(混合気)の密度が増大する(図14中のb部分)。
上記膨張行程気筒12Aのピストン13が上死点に充分に近付いた時点で当該気筒12Aに対する点火が行われて、上記噴射燃料(J1)が燃焼し(図13中の(2))、その燃焼圧(図14中のc部分)によりエンジンが正転方向に駆動される。
また、圧縮行程気筒12Cに対して適当なタイミングで可燃空燃比よりもリッチな燃料が噴射(J3)されることにより(図13中の(3))、この圧縮行程気筒12Cでは燃焼させないものの、燃料噴射による気化潜熱によって上記圧縮行程気筒12Cの圧縮圧力が低減され(図13中のd部分)、これに応じて当該圧縮上死点(始動開始から最初の圧縮上死点)を超えるために消費される膨張行程気筒12Aの最初の燃焼エネルギーが低減されることになる。
さらに、次の燃焼気筒である吸気行程気筒12Dにおける燃料噴射(J4)の時期を、燃料の気化潜熱によって気筒内の温度、および圧縮圧力を低下させる適正なタイミング(図13中の(4)に示すように、例えば圧縮行程の中期以降)に設定しているため、上記吸気行程気筒12Dの圧縮行程で圧縮上死点前に自着火することが防止される。また、上記吸気行程気筒12Dの点火時期が圧縮上死点以降に設定されていることも相俟って、圧縮上死点前での燃焼が防止される(図14中のe部分)。つまり燃料噴射(J4)による圧縮圧力の低減と圧縮上死点前の燃焼を行わないことにより、膨張行程気筒12Aにおける初回燃焼のエネルギーが上記圧縮上死点(エンジン始動開始時点から2番目の圧縮上死点)を超えるために消費されるのを抑制することができる。
このようにして膨張行程気筒12Aにおける初回燃焼(図13中の(2))のエネルギーにより、エンジンは再始動開始後の最初の圧縮上死点(図13中の(3))と、2番目の圧縮上死点(図13中の(4))とを超えることが可能となり、円滑で確実な始動性を確保することができ、これ以降、通常運転に移行する。
次に、エンジン停止から再始動に至る付近の自動変速機構の制御について、緩減速時と急減速時とに場合分けして説明する。
エンジン停止後、緩減速時には、上記(予測タービン回転速度Tre<影響回転速度Tri)が成立した時点で自動変速機構50をニュートラル状態からドライブ状態に切り換えるように構成されている。たとえば図11に示す例では、エンジン回転速度N100が0となって完全停止した時点T5の直後に、上記(予測タービン回転速度Tre<影響回転速度Tri)が成立して変速段G101をドライブ状態(第4速)に切換えている。その際、予めニュートラル状態においてフォワードクラッチ67、3−4クラッチ69および2−4ブレーキ70がプリチャージ状態とされているので、速やかにドライブ状態に切換えることができる。図4に示すように、第4速では3−4クラッチ69および2−4ブレーキ70を締結させる必要があるので、これらの摩擦要素の作動圧をプリチャージ状態から速やかに高めて短時間で締結させることができる。その後は、車速V101の低下に伴い、図6の切換マップに基いて順次第3速、第1速へとシフトさせる。
そしてエンジンの再始動条件(図11の例ではブレーキ操作B101がOFFかつ車速Vが10km/h以下)が成立した時点T6でエンジンが再始動される(エンジン回転速度N101)。このとき、自動変速機構の変速段G101は車速に応じて第1速にシフトされており、エンジンからの駆動力を遅滞なく適切に車軸78,79に伝達することができる。なお、運転者がこのままアクセル操作A101、ブレーキ操作B101を継続すると、車両はクリープ走行を行うこととなる。
一方、急減速時には、上記(予測タービン回転速度Tre<影響回転速度Tri)が成立しても自動変速機構50のニュートラル状態をそのまま継続させ(変速段G102)、エンジンの再始動に伴ってニュートラル状態からドライブ状態に切換えるように構成されている。この場合、どのタイミング(車速)で再始動されても的確に対応できるように、ニュートラル状態においてフォワードクラッチ67、3−4クラッチ69および2−4ブレーキ70をプリチャージ状態としておき、再始動時の車速(アクセル開度を考慮に入れても良い)に応じて最適な変速段にてドライブ状態に切換える。
図11の例では、時点T11において、ブレーキ操作B102がOFFかつ車速Vが10km/h以下という再始動条件が成立し、エンジンの再始動がなされている(エンジン回転速度N102)。そしてその際の車速に応じて、変速段G102を第1速に切換えている。図4に示すように、第1速ではフォワードクラッチ67を締結させる必要があるので、その作動圧をプリチャージ状態から速やかに高めて短時間で締結させることができる。
図11の例では、時点T11の直後の時点T12において、アクセル操作A102がONとされている。これは運転者が再加速を要求していることを意味する。このような場合でも、フォワードクラッチ67が速やかに締結されるので、直ちに第1速での駆動力伝達がなされ、再加速される(車速V102)。つまり高い再加速応答性が得られている。
なお、緩減速の場合も急減速の場合も、エンジン停止後、可及的早期にプリチャージ状態を脱するようにしている(たとえば緩減速時に時点T6までプリチャージ状態を継続するようなことをしない)ので、プリチャージ状態とすることによる摩擦要素の経時劣化の進行は、殆ど懸念する必要のない程度に抑制される。
次に上記ECU2によりエンジンを自動停止、再始動させる際の制御動作を図15〜図19に示すフローチャートに基づいて説明する。
図15は、このエンジンの自動停止、再始動制御のメインフローチャートを示す。この制御動作がスタートすると、まず、燃料噴射停止条件(以下、FC条件という)が成立しているか否かを判定する(ステップS1)。このFC条件は、エンジンの自動停止条件に含まれる条件であり、当実施形態では車両減速時の所定期間について実行される減速時の燃料噴射停止条件と兼用されいてる。具体的には、FC条件として、エンジン回転速度Neが予め設定された1200rpm程度に設定された燃料噴射停止用の判断基準値Nfcよりも大きいか否かが判定されるとともに、車速が所定値(例えば10km/h)以上で、かつアクセルセンサ34がOFF状態にあるか否かが判定される。
このステップS1でYESと判定された場合には、車速センサ38によって検出された車速に基づいて、トルクコンバータ51のロックアップクラッチ64が解放されている非ロックアップ領域であるか否かが判定される(ステップS2)。すなわち、トルクコンバータ51のロックアップクラッチ64は車速に応じてECU2から出力される信号に基づいて断続されるように構成されており、このロックアップクラッチ64が締結されている間は車両の減速時に通常行われる減速時燃料噴射の停止によって燃費削減効果を得ることができることから、この減速時燃料噴射の停止をまず利用するように構成されている。従って、エンジンの自動停止のための燃料噴射の停止は、停車状態、或いは、車両の減速時であって減速時燃料噴射の停止制御が可能な走行状態を外れた場合に実行され、また減速時燃料噴射の停止がなされている状態でロックアップ領域を外れたときは自動停止のための燃料噴射の停止としてこの減速時燃料噴射の停止が利用されるように構成されている。よって、この車両の走行状態が非ロックアップ領域にあることという条件も自動停止条件に含まれることになる。
上記ステップS2でYESと判定された場合には、図16に示すエンジン自動停止、再始動制御が実行され(ステップS3)、その後エンジンが再始動した場合に通常のエンジン制御に移行して(ステップS4)リターンされる。上記エンジン自動停止、再始動制御については後述する。
一方、上記ステップS2でNOと判定されてロックアップクラッチ64が締結状態にあると判定された場合には、車両減速時の所定期間に亘って通常行われる減速時燃料噴射停止(減速時Fuel Cut)を実行すべく、各気筒12に対する燃料噴射を停止して(ステップS5)、リターンされる。なお、この減速時燃料噴射停止が実行されたままリターンされた場合であっても、FC条件が成立し、かつ、ロックアップクラッチ64が解放されている場合には(ステップS1,S2でともにYES)、減速時燃料噴射の停止を利用してそのまま後述するエンジンの自動停止、再始動制御が実行され、燃費改善効果を向上させることができる。
次に、ステップS1に戻ってこのステップ1でNO、すなわちFC条件が成立していないと判定されると、燃料噴射の停止(FC)が実行されているか否かが判定されて(ステップS6)、このステップS6でNOと判定された場合には、そのままリターンされ、一方、燃料噴射の停止が実行されていると判定された場合には(ステップS6でYES)、エンジンの通常制御に移行されることにより各気筒12に対する燃料噴射が復帰される(ステップS4)。
ここで、図15に示すフローチャートのステップS3で実行されるエンジンの自動停止、再始動制御について、図16のフローチャートに基づいて説明する。
図15に示すフローチャートのステップS1およびS2において自動停止条件の一部が成立していると判定されると、エンジンの自動停止、再始動制御がスタートし、この自動停止条件の一部成立時点T1で、自動変速機構50をドライブ状態からニュートラル状態に切り換える(ステップS51)。この自動停止動作期間におけるニュートラル状態は、上記した後期段階のプリチャージ状態となっている。具体的には、ECU2から切換弁91、電動オイルポンプ62および油圧制御機構63の各ソレノイドバルブ83〜87等に対して信号を出力し、油圧制御機構63に元圧を供給するポンプをオイルポンプ61から電動オイルポンプ62に切り換えるとともに、各ソレノイドバルブ83〜87が調整されて摩擦要素67〜71を開放状態(ニュートラル状態)とするとともに、少なくともフォワードクラッチ67、3−4クラッチ69および2−4ブレーキ70をプリチャージ状態に移行させる。従って、このプリチャージのニュートラル状態では、迅速な締結状態への移行を確保しつつ、クランク軸3と車軸78,79との間で逆駆動力を含めた駆動力の伝達が切り離された状態となり、これにより再始動条件成立に対する応答性を向上させつつ、逆駆動力の影響を受けず所定の適正範囲にピストン13を停止させることが可能になる。
次に、スロットル弁23の開度Kを15%に調整して(ステップS52)、ブースト圧Btを安定させてから、適正に自動停止可能かどうかを確認すべく停止適正条件が成立しているか否かの判定が行われる(ステップS53)。この停止適正条件は、停止時膨張行程気筒12Aのピストンを所定の適正範囲に停止させるエンジンの自動停止制御が可能であるか否かを最終的に確認するための条件であり、自動停止条件のうちの一つである。具体的には、クランク角センサ30,31により検出されたエンジン回転速度Neがエンジンの自動停止が可能な所定の範囲(例えば790〜1200rpmの範囲)にあるか否かが判定されるとともに、吸気圧センサ26により検出されたブースト圧Btがエンジンの自動停止が可能な所定の範囲(例えば−450〜−300mmHg)にあるか否かが判定される。なお、当実施形態では、この停止適正条件について、ピストン13を所定の適正範囲に停止させる精度を向上させるために、エンジン回転速度Neとブースト圧Btの両方が所定の範囲にあることを条件としているが、いずれか一方、好ましくはエンジン回転速度Neだけが所定の範囲にあることを条件とするものであってもよい。この場合でも、一定の精度を確保することができる。
このステップS53でNOと判定された場合には、停止時膨張行程気筒12Aのピストン13を所定の適正範囲に停止させることが困難であることから、通常時のエンジン制御に移行すべく、自動変速機構50をニュートラル状態からドライブ状態に切り換える(ステップS54)。なお、図15に示すフローチャートのステップS5で減速時燃料噴射の停止が実行されている状態から、次のルーチンでこのステップS54に移行してくる場合もあるが、その場合には、このステップS54で自動変速機構50がドライブ状態に切り換えられてから、ステップS4にリターンされてこのステップS4における通常のエンジン制御によって燃料噴射が復帰されることになる。
一方、ステップS53でYESと判定された場合には、車両の減速時に実行される減速時燃料噴射の停止が既に図15に示すフローチャートのステップS5で実施されているか否かの判定がなされ(ステップS55)、燃料噴射の停止が実行されていない場合には、スロットル弁23の開度Kが15%にされてから所定の時間が経過した時点T1で、各気筒12に対する燃料噴射の停止が実行され(ステップS56)、上記ステップS55でYESと判定された場合にはこのステップS56はスキップされる。なお、上記ステップS5を含めて、燃料噴射の停止が実行された場合には、その後予め設定された所定時間経過した時点で点火プラグ15による点火を停止させるように構成されている。
そして、エンジン回転速度Neやエンジンの上死点回転速度ne等に基づいて、スロットル弁23の開度Kを制御して(ステップS57)、エンジン停止時における膨張行程気筒12Aおよび圧縮行程気筒12Cの空気による圧縮反力を調整するとともに、エンジンの自動停止動作期間におけるオルタネータ28の発電量を制御して(ステップS58)クランク軸3の抵抗を通じてエンジンの回転速度を微調整し、これにより燃料噴射の停止時点T1以降、エンジン回転速度Neを予め実験等によって定められた基準ラインに沿って低下させ、ピストン13を所定の適正範囲に停止させる制御を行っている。
このスロットル弁23の開度Kの制御およびオルタネータ28の目標発電電流Geの制御の一例について具体的に説明する。まずスロットル弁23の開度制御について、この燃料噴射の停止時点T1で、スロットル弁23を開弁して、その開度Kを上記調整開度(上記例では15%)よりも大きな値(例えば30%)に設定する。その後、エンジンの回転速度Neが予め790rpm程度に設定された基準速度N1以下になったか否かが判定されることにより、図10および図11に示す燃料噴射の停止時点T1の後に、エンジンの回転速度Neが低下し始めたか否かが判定され、低下し始めたと判定された時点T2でスロットル弁23を閉止状態としてその開度Kを0%とする。この結果、スロットル弁23が開放されて大気圧に近付くように上昇したブースト圧Btがスロットル弁23の閉止操作に応じてスロットル弁23から気筒12までの移動に伴う所定の時間差をもって低下し始めることになる。
次に、オルタネータ28の目標発電電流制御について、上記燃料噴射の停止時点T1でオルタネータ28の目標発電電流Geを0に設定して発電を停止させる。そして、エンジン回転速度Neが予め790rpm程度に設定された基準速度N1以下に低下した時点T2で、オルタネータ28の目標発電電流Geを予め60A程度に設定された初期値に設定してオルタネータ28を作動させる発電制御を開始する。これにより、エンジンのクランク軸3には所定の回転抵抗が作用することになる。続いて、エンジンの上死点回転速度neが所定の制御適正範囲になった場合に、その時点T3の上死点回転速度neに対応したオルタネータ28の目標発電電流Geを設定する。この制御適正範囲は、予め設定されたエンジン回転速度の時間変化を示す基準ラインに沿ってエンジンの回転速度Neが低下している過程で、例えばエンジンが停止状態となる前の4番目の圧縮上死点を通過する時点T3における上死点回転速度neに基づいて設定された値であり、具体的には480〜540rpmの範囲内に設定されている。なお、この上死点回転速度neに対応したオルタネータ28の目標発電電流Geは、ECU2に予め記憶され、上死点回転速度neと目標発電電流Geとの関係を示すマップに基づいて決定される。
このようなスロットル弁23の開度制御、オルタネータ28の目標発電電流制御がエンジン回転速度Ne等に応じて実行させるのと併行して、例えばアクセルセンサ34がONになる等の燃料噴射の復帰条件が成立しているか否かが判定される(ステップS59)。このステップS59でYESと判定されると、各気筒12に対する燃料噴射が復帰されてリターンされてステップS4に示す通常のエンジン制御に移行する。
一方、ステップS59でNOと判定された場合には、エンジンが停止状態になったか否かを判定し(ステップS61)、エンジンが停止されるまで上記ステップS57〜S59が繰り返し実行されることになる。そして、このステップS61でYESと判定された時点でエンジンの再始動制御が実行されて(ステップS62)、図15に示すフローチャートにリターンされる。
次に、図16に示すフローチャートのステップS62で実行されるエンジンの再始動制御について、図17のフローチャートに基づいて説明する。
図16のステップS61で、エンジンが完全に停止したことが確認されると、自動変速機構50の切換に先立って、ECU2により予測タービン回転速度Treが算出され、この予測タービン回転速度Treが影響回転速度Triよりも低いか否かが判定され(ステップS101)、YESと判定された場合には、ステップS102に移行して減速度による切り替え制御(詳細は後に図18を参照して説明する)を行う。
ステップS101において、予測タービン回転速度Treが影響回転速度Tri以上であると判定された場合には(ステップS101でNO)、摩擦要素67〜71を締結状態とするとトルクコンバータ51のタービン55からポンプインペラ54に対して逆駆動力が作用してピストン13が移動する状態となっている。したがって、ニュートラル状態のまま上記所定のエンジン再始動条件の成立を判定しつつ(ステップS105)、当該再始動条件が成立する場合を除き待機状態となされる。
そしてステップS105でエンジンの再始動条件が成立したと判定された場合、例えば加速のためのアクセル操作等が行われた場合、バッテリー電圧が低下した場合、或いはエアコンが作動した場合等には、エンジンの再始動を開始する(ステップS106)。
この再始動のための具体的制御は特に限定するものではないが、例えば次のように構成することができる。すなわち、停止時圧縮行程気筒12Cの空気量を算出して、空燃比がリッチ状態となるように燃料噴射を行うとともに、この噴射された燃料の気化時間を考慮して設定した時間の経過後に、当該気筒12Cに対して点火を行う。この停止時圧縮行程気筒12Cに対する点火は、クランク角センサ30,31の立ち上がり、または立ち下がりを検出することによりエンジンが回転されるまで繰り返し行われる。これにより、エンジンが逆転作動して停止時圧縮行程気筒12Cの筒内圧力が高められる。
次に、停止時膨張行程気筒12Aの空気量に対する所定の空燃比を予め定めたマップにより決定して、当該空燃比となるように燃料を噴射して上記エンジンの逆転作動によって筒内圧力が高まった気筒12Aに対して点火を行う。これにより、エンジンが正転方向に作動し始める。
そして、圧縮行程気筒12Cに対して予め定められたマップにより求められた量の燃料を、当該圧縮行程気筒12Cの後半に噴射して、当該噴射燃料の気化潜熱によって当該気筒12Cの圧縮上死点付近における圧縮反力が低減されることにより圧縮上死点を容易に越えることが可能となる。この停止時圧縮行程気筒12Cの2回目の燃焼の後、続いて圧縮上死点を迎える停止時吸気行程気筒12Dに対して例えば空燃比がリーン状態となるように燃料噴射を行うとともに、逆トルクの発生を抑制するため、点火時期を上死点以降に遅延して点火してからステップS4に示す通常のエンジン制御に移行する。
このようにステップS106においてエンジンを再始動させるとともに、ECU2に内蔵されているタイマーのカウントが開始される(tm=0)。
そして、このタイマーによる計測時間がエンジンの逆転作動のための停止時圧縮行程気筒12Cにおける初回燃焼を実行してから所定時間(例えば0.05秒)の経過を待って(ステップS107)、自動変速機構50に対してニュートラル状態からドライブ状態に切り換えるための切換信号を出力することにより、エンジンの正転作動後に自動変速機構50の切換を完了させて(ステップS108)、リターンされる。すなわち、上記所定時間は、自動変速機構50が切換信号を受けてから実際に駆動力が伝達されるドライブ状態に切換完了されるまでのタイムラグを考慮に入れて設定されており、この切換完了の時期がエンジンの正転作動後であって停止時吸気行程気筒12Dが再始動後最初に迎える圧縮上死点までの間になるように設定されている。従って、ECU2に内蔵された上記タイマーによって、エンジンの再始動時におけるピストン13の正転作動時から、停止時吸気行程気筒12Dのピストン13が最初に迎える圧縮上死点を通過するまでの再始動不安定期間内に自動変速機構50が切り換えられることになる。このように、エンジンの逆転作動が終了した後に自動変速機構50がドライブ状態に切り換えられるので、車軸78,79からの逆駆動力によってエンジンの逆転作動が阻害されることなく、停止時膨張行程気筒12Aの筒内圧力を充分に高めることができる。しかも、エンジンの正転作動時にこの逆駆動力が作用することにより、停止時吸気行程気筒12Dが再始動後最初に圧縮上死点を迎える再始動不安定期間においてエンジンの再始動を補助することができ、より確実な再始動が可能となる。
なお、この自動変速機構50の切換にあたってクランク角センサ30,31に基づいてピストン13の移動を検出してもよく、ピストン13が移動していると判定した場合には、後述するスタータモータによってエンジンの再始動をアシストさせるものであってもよい。
ステップS108において選択される変速段は、車速センサ38によって検出された車速やアクセルセンサ34に基くスロットル開度によって図6の切換マップに基づいて決定される。ここで、予めフォワードクラッチ67、3−4クラッチ69および2−4ブレーキ70がプリチャージ状態とされているので、1速〜4速のどの変速段が選択されても迅速なドライブ状態への切り換えを行うことができる。
次に、図17に示すフローチャートのステップS102で実行される減速度による切り替え制御について、図18のフローチャートに基づいて説明する。
このフローにおいて、まず車両の減速度Acと所定の閾値Ac1とが比較される。減速度Acおよび閾値Ac1は、何れも絶対値である(以下同様)。減速度Acは、車速センサ38によって逐次検出される車速の変化度合に基いて求められる。ステップS111でYES(Ac<Ac1)、すなわち緩減速状態であると判定されたときには、図17のステップS108と同様に自動変速機構50をニュートラル状態からドライブ状態に切換える(ステップS112)。
そして所定のエンジン再始動条件が成立する(例えば加速のためのアクセル操作等が行われた場合、バッテリー電圧が低下した場合、エアコンが作動した場合、或いはブレーキOFFかつ車速が10km/h以下となった場合等)まで待機する(ステップS113)。この待機中、自動変速機構50は、車速の低下に伴って、図6の切換マップに基づいて順次変速段を低速側にシフトされる。
そしてエンジンの再始動条件が成立した時点(ステップS113でYES)で図17のステップS106と同様に、エンジンを再始動させる。このとき、既に自動変速機構50は車速に応じた適切な変速段のドライブ状態になっているので、エンジンの再始動によって発生した駆動力は即座に車輪側に伝達されて応答性の良い再始動を図ることができる。
遡ってステップS111においてNO(Ac≧Ac1)、すなわち急減速状態であると判定されたときには、そのままプリチャージのニュートラル状態を維持する(ステップS121)。そして所定のエンジン再始動条件が成立する(例えば加速のためのアクセル操作等が行われた場合、バッテリー電圧が低下した場合、エアコンが作動した場合、或いはブレーキOFFかつ車速が10km/h以下となった場合等)まで待機する(ステップS122)。その後エンジンの再始動条件が成立した時点(ステップS122でYES)でステップS112と同様に、自動変速機構50をニュートラル状態からドライブ状態に切換える(ステップS123)。このときも、プリチャージ状態からの切換えであるため、迅速な切換えを実現することができる。したがって、急減速中であっても速やかに車速に応じた適正な変速段とすることができ、再加速応答性を高めることができる。そしてステップS114と同様にエンジンを再始動させ(ステップS124)、リターンする。
以上説明したように、ECU2は、車両走行中に自動停止条件が成立した場合に自動変速機構50をドライブ状態からニュートラル状態に切り換えるとともにエンジンを自動停止させ、さらに車両の減速度Acが閾値Ac1より小さい緩減速時には、エンジン停止後、自動変速機構50の変速段を車速に応じて順次低速段側にシフトさせる一方、車両の減速度Acが閾値Ac1以上である急減速時には、エンジン停止後、自動変速機構50をニュートラル状態としつつ、複数の変速段に対して、各変速段を成立させるために締結すべき摩擦要素を後期プリチャージ段階のプリチャージ状態とするので、車両の走行中にエンジンを自動停止させて燃費等の向上をはかりつつ、自動変速機50をニュートラル状態として車輪側からの逆駆動の影響を確実に抑制し、なおかつ再加速要求に応じてエンジンを自動的に再始動させる際のドライブ状態への切換えを迅速に行うことができる。
なお、以上説明したエンジンの始動装置は、本発明に係る始動装置が適用される装置の一実施形態であって、装置の具体的な構成等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であり、変形例を以下に説明する。
(1)上記実施形態では、エンジン再始動時にエンジンをいったん逆転作動させてから正転作動させるものとなされているが、正転作動だけで再始動させるものであってもよい。ただし、エンジンをいったん逆転作動させると、停止時膨張行程気筒12Aの燃焼エネルギーが高まることから、より確実にエンジンを再始動させることができる。
(2)上記実施形態では省略しているが、エンジン再始動時であって所定の条件成立時、例えばピストン停止位置が所定の適正範囲内にない場合や、適正範囲内にある場合でもその停止位置が適正範囲の境界に近い場合、或いは始動後の所定時期までにエンジン回転速度が所定値に達しない場合、さらにエンジンを逆転作動させることなく、エンジンの初回燃焼を停止時膨張行程で行う場合等に、始動モータ等によるアシストを伴う制御を行うようにしてもよい。この場合でもエンジンの燃焼によるエネルギーによってスタータモータの負担を軽減することができる。ただし、この場合には、各気筒内へ直接、噴射される燃料の気化霧化及び空気との混合が十分に進むように、燃料噴射弁16により吸気行程で燃料を噴射させるようにするのが好ましい。
図19は、図17の変形例であって、エンジンを逆転作動させることなく、エンジンの初回燃焼を停止時膨張行程で行う場合、始動モータによるアシストを伴う制御を行う場合及びスタータとオルタネータとを統合したモータ(ISG:Integrated Starter Generator)によるアシストを伴う制御を行う場合等に好適な再始動制御を示す。
この制御は、ステップS101でNO、つまりある程度タービン回転速度が大きいときに、ステップS105でYES、つまり再始動条件が成立した場合に、車軸78,79側からの逆駆動の影響をエンジン再始動動作の初期から積極的に受けるようにして、エンジンの再始動に利用することを狙ったものである。
このフローにおいて、ステップS101、ステップS105は図17と同様であり、ステップS102もエンジンの再始動方法が異なる(最初の逆転動作を行わないので。)以外は図17と同様なのでその重複説明を省略する。
ステップS105でYESと判定されると、図17のステップS108での説明と同様、自動変速機構50をプリチャージのニュートラル状態からドライブ状態に切換える(ステップS306)。またECU2に内蔵されているタイマーのカウントが開始される(tm=0)。そして、このタイマーによる計測時間が摩擦要素の完全締結に要する所定時間(例えば0.1秒)の経過を待って(ステップS307)、エンジンを再始動させる(ステップS308)。このエンジンの再始動は、逆転動作を行わず、最初から正転方向に回転させるものである。
このようにすると、ドライブ状態への切換え(ステップS306)によってクランク軸に逆駆動力が作用し、エンジンを正転方向に回転させようとする。これがステップS308におけるエンジン再始動のアシストとして作用するので、始動モータ等のアシスト力を低減することができる。
(3)上記実施形態において、予測タービン回転速度Treが影響回転速度Triを下回った際に自動変速機構50をニュートラル状態からドライブ状態に切り換えるものとなされているが、この切換にあたってピストン13の動きをクランク角センサ30,31等によって監視させてもよい。そして、ピストン13が移動した場合には、あらためてピストン13が適正範囲内に停止しているか否かを判定し、必要に応じて上記始動モータによってアシストするように構成してもよい。
(4)上記実施形態では、エンジンの自動停止動作期間において、自動変速機構50を後期段階のプリチャージ状態としているが、初期段階のプリチャージ状態とするものであってもよく、この場合でもプリチャージ状態としない場合に比べてエンジンの再始動条件の成立後の応答性を向上させることができる。
(5)上記実施形態では、燃料噴射弁16について筒内噴射型のものを採用しているが、ポート噴射型の燃料噴射弁を採用する場合にも適用することができる。