JP2008095519A - エンジンの停止制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの自動停止時にピストンを確実に所望の位置に停止させて、エンジンを容易に再始動させる。
【解決手段】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当該エンジンを自動停止させるとともに、少なくとも当該エンジンの自動停止時に膨張行程にあった停止時膨張行程気筒での燃焼によってエンジンを再始動させる多気筒４サイクルエンジンの停止制御装置において、前記エンジンの吸気バルブ１９のバルブタイミングを変更可能なバルブタイミング制御手段５０を有し、当該バルブタイミング制御手段５０によって、前記エンジンの自動停止条件が成立したときに当該エンジンの吸気バルブ１９のバルブタイミングを予め設定された所定角度まで進角補正することで、前記停止時膨張行程気筒のピストン１３を前記エンジンの自動停止時に予め設定された所定位置に停止させることを特徴とするエンジンの停止制御装置。
【選択図】図１０

Description

本発明は、エンジンの停止制御装置に関し、特にアイドル時にエンジンを自動で停止するようにしたエンジンの停止制御装置に関する。

前記のようなエンジンを自動で停止する装置としては、例えば特許文献１に開示されるエンジンの制御装置のように、停止状態で膨張行程にある気筒内に燃料を噴射して燃焼させることによりエンジンを即時的に始動させるようにしたものが開発されている。

このような制御装置では、特に膨張行程にある気筒のピストン位置が不適切である場合、例えば当該ピストン位置が下死点に極めて近い位置にある場合には、燃焼エネルギがピストンに作用する行程が短すぎるためにエンジンを回転させることができない可能性がある。

これに対して、前記特許文献１に開示されたエンジンの制御装置は、オルタネータを制御してエンジン停止前のエンジンの回転数を調整することで、前記気筒のピストンの停止位置を所望の位置にするよう構成されている。そして、この方法によれば、エンジン回転数とピストンの停止位置との関係を予め求めておき、この関係に基づいてオルタネータの発電量を調整してエンジン回転数をピストンの停止位置を所望の位置にすることができる値にすることで、ピストンの停止位置をある程度所望の位置にすることができる。
特開２００５−２８２４３４号公報

しかしながら、エンジン停止直前は、慣性力によって圧縮行程にある気筒内の圧力が上昇し、その圧縮反力によってピストンが押し返されてエンジンが逆回転する一方、この逆回転によって膨張行程にある気筒内の圧力が上昇し、その圧縮反力によってエンジンが正回転する。そして、この逆回転と正回転が繰り返された後エンジンが停止する。すなわち、前記ピストンの停止位置はこの圧縮行程気筒と膨張行程気筒の圧縮反力のバランスにより決定されるので、各気筒内の空気量の変化によって前記圧縮反力のバランスが崩れると、ピストンの停止位置を所望の位置にするのが困難となる場合がある。

そして、従来、エンジン停止直前のような低回転域では、気筒内の空気量を確保して燃焼を安定させるべく、排気バルブと吸気バルブのバルブタイミングとのオーバーラップを少なくするように吸気バルブのバルブタイミングを遅角側に設定しているものが多い。そのため、前記のようなエンジン停止直前でエンジンが逆回転すると、吸気バルブが開き圧縮行程にある気筒内に空気が流入してしまう場合がある。そして、このように圧縮行程にある気筒内に空気が流入すると、この気筒内の圧縮抵抗が大きくなって前記圧縮反力のバランスがくずれ、ピストンを所望の停止位置に停止させることができなくなる可能性がある。

本発明は、かかる事情に鑑み、エンジンの自動停止時にピストンを確実に所望の位置に停止させて、エンジンを容易に再始動させることのできるエンジンの停止制御装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するための請求項１に係る発明は、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当該エンジンを自動停止させるとともに、予め設定されたエンジンの再始動条件が成立したときに、少なくとも当該エンジンの自動停止時に膨張行程にあった停止時膨張行程気筒での燃焼によってエンジンを再始動させる多気筒４サイクルエンジンの停止制御装置において、前記エンジンの吸気バルブのバルブタイミングを変更可能なバルブタイミング制御手段を有し、当該バルブタイミング制御手段によって、前記エンジンの自動停止条件が成立したときに当該エンジンの吸気バルブのバルブタイミングを予め設定された所定角度まで進角補正することで、前記停止時膨張行程気筒のピストンを前記エンジンの自動停止時に予め設定された所定位置に停止させることを特徴とするものである（請求項１）。

本発明によれば、エンジンの自動停止条件が成立した際にエンジンの吸気バルブのバルブタイミングが進角補正されているので、エンジンの自動停止時にエンジンの逆回転に伴って吸気バルブが開き停止時圧縮行程気筒に空気が流入してしまうのを抑制することができる。すなわち、この停止時圧縮行程気筒の圧縮抵抗が増大することで停止時膨張行程気筒のピストンが所望の位置に停止できなくなるのを抑止することができ、停止時膨張行程気筒での燃焼によってエンジンを確実に再始動することが可能になる。

本発明において、前記バルブタイミング制御手段はどのように駆動されるものでもよいが、特に前記エンジンの回転を駆動源として駆動されるようなバルブタイミング制御手段に用いればより効果的である（請求項２）。

すなわち、バルブタイミング制御手段がエンジンの回転を駆動源として駆動される場合には、特にエンジン停止直前の低回転域で前記吸気バルブのバルブタイミングを瞬時に駆動させることが困難となる。従って、前記のように、エンジンの自動停止条件成立時のような回転数が確保されている条件下で吸気バルブのバルブタイミングを進角補正するよう構成すれば、吸気バルブのバルブタイミングをより確実に進角補正でき、エンジン停止直前においてエンジンの逆回転によって吸気バルブが開いてしまうのをより確実に抑制することが可能になる。

また本発明において、前記エンジンの回転数を制御可能な回転数制御手段を有し、当該回転数制御手段が、前記エンジンの自動停止条件が成立したときに、当該エンジンの回転数を、前記バルブタイミング制御手段によって前記吸気バルブのバルブタイミングの進角補正が可能となる値にまで上昇させるのが好ましい（請求項３）。

このようにすれば、回転数制御手段によってエンジンの回転数を前記バルブタイミング制御手段によって吸気バルブのバルブタイミングの進角補正が可能となる値にまで上昇させることができるので、前記のようにエンジンの回転を駆動源として駆動されるバルブタイミング制御手段であっても吸気バルブのバルブタイミングを十分に進角させることができる。すなわち、逆回転時に吸気バルブが開いてしまうのをより確実に抑止することができ、エンジンをより確実に再始動させることが可能になる。

また本発明において、前記吸気バルブのバルブタイミングの進角量を検出可能なバルブタイミング検出手段を有し、前記回転数制御手段が、前記バルブタイミング検出手段の検出結果に基づいて前記エンジンの回転数を制御するのが好ましい（請求項４）。

このようにすれば、より少ない回転数の上昇で吸気バルブのバルブタイミングの進角量を最適にすることが可能になる。

また本発明において、前記回転数制御手段が、前記エンジン自動停止条件が成立したときに当該エンジンの回転数を、気筒内を掃気するために必要な回転数と前記バルブタイミング制御手段によって前記吸気バルブのバルブタイミングを進角補正するのに必要な回転数のうちより高い回転数に制御するのが好ましい（請求項５）。

このようにすれば、回転数制御手段によって回転数を上昇することで、エンジンの気筒内を掃気することができるとともに吸気バルブのバルブタイミングを進角補正することができる。

また本発明において、前記バルブタイミング制御手段が、前記エンジンの自動停止条件が成立したときに当該エンジンの吸気バルブのバルブタイミングを最進角位置に制御するのが好ましい（請求項６）。

このように吸気バルブのバルブタイミングを最進角位置に制御するようにしておけば、エンジンの自動停止時にエンジンが逆回転した場合に、より確実に吸気バルブが開いてしまうのを抑制することができる。

以上説明したように、本発明によれば、エンジンの自動停止時にピストンが所望の位置から外れた位置で停止してしまうのを抑制することができ、これによってエンジンを確実に再始動させることのできるエンジンの停止制御装置を提供することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照して説明する。

図１および図２は本発明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とを備えている。前記エンジン本体１には、図２に示すように４つの気筒１２Ａ〜１２Ｄが設けられている。また、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの内部には、クランクシャフト３に連結されたピストン１３が嵌挿されることにより、その上方に燃焼室１４が形成されている。

前記各気筒１２Ａ〜１２Ｄの燃焼室１４の頂部には、プラグ先端が燃焼室１４内に臨むように点火プラグ１５が設置されている。また、当該燃焼室１４の側方には、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、図外のニードル弁およびソレノイドを内蔵し、前記ＥＣＵ２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上記点火プラグ１５の電極付近に向けて噴射するように構成されている。

また、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの上部には、燃焼室１４に向かって開口する吸気ポート１７および排気ポート１８が設けられている。そして、これらのポート１７，１８と燃焼室１４との連結部分には、吸気バルブ１９および排気バルブ２０がそれぞれ装備されている。さらに、本エンジンの停止制御装置には、吸気バルブ１９の開閉タイミングを変更可能なバルブタイミング制御手段５０が設けられており、このバルブタイミング制御手段５０によって前記吸気バルブ１９の開閉タイミングが変更されるようになっている。このバルブタイミング制御手段５０は、バルブタイミング演算手段５２とバルブタイミング変更手段５１とからなる。バルブタイミング演算手段５２はＥＣＵ２内に設けられて、吸気バルブ１９の開閉タイミングを演算している。一方、バルブタイミング変更手段５１は、バルブタイミング演算手段５２からの出力信号に応じて吸気バルブ１９の開閉タイミングを所定の値に変更している。バルブタイミング制御手段５０の詳細については後述する。

前記吸気ポート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。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となっており、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が設けられている。この共通吸気通路２１ｃには、各気筒１２Ａ〜１２Ｄに流入する空気量を調整可能なスロットル弁２３とこのスロットル弁２３を駆動するアクチュエータ２４とが設けられている。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、吸気圧力を検出する吸気圧センサ２６とが設置されている。

また、エンジン１には、図３に示すように前記吸気バルブ１９および排気バルブ２０を開閉作動させる吸気側カムシャフト４１と排気側カムシャフト４２とが設けられている。この吸気側カムシャフト４１と排気側カムシャフト４２とはそれぞれ吸気側カムプーリ４３および排気側カムプーリ４４に連結されている。そして、クランクシャフト３に嵌合されたクランクプーリ４５と各カムプーリ４３，４４との間にはタイミングベルト４６が張架されており、タイミングベルト４６を介してクランクシャフト３の回転力がカムプーリ４３，４４に伝達され、各カムシャフト４１，４２がクランクシャフト３に同期回転されるようになっている。

前記バルブタイミング変更手段５１は、前記吸気側カムシャフト４１に取り付けられている。そして、前記ＥＣＵ２内に設けられたバルブタイミング演算手段５２の出力信号に基づいて吸気側カムシャフト４１と吸気側カムプーリ４３とを油圧により相対的に回動させて、吸気側カムシャフト４１のクランクシャフト３に対する回転位相を変更し、吸気バルブ１９の開閉タイミングを変更している。

具体的には、バルブタイミング変更手段５１は、図４に示すように、吸気側カムプーリ４３と回転一体に連結されたケーシング５５とこのケーシング５５に対して相対的に回動可能に連結されたロータ５６とを有している。前記吸気側カムシャフト４１はこのロータ５６と回転一体に連結されている。ロータ５６は複数のベーン５６ａを有しており、ロータ５６とケーシング５５との間には前記ベーン５６ａとケーシング５５に設けられた突出壁部５５ａとにより複数の受圧室５６ｂが形成されている。この受圧室５６ｂは、図３に示すようなオイル制御バルブ４７およびオイルポンプ４８を介してオイルタンク４９に連通されている。そして、前記バルブタイミング演算手段５２から出力される信号に基づいて前記オイル制御バルブ４７が駆動され、前記受圧室５６ｂ内の作動油圧が増減されるようになっている。この受圧室５６ｂ内の作動油圧が変化すると、それに応じて前記ロータ５６がケーシング５５に対して回動する。前記のように吸気側カムシャフト４１はロータ５６と回転一体に連結されており、ケーシング５５は吸気側カムプーリ４３ひいてはクランクシャフト３と回転一体に連結されているので、前記のようにロータ５６がケーシング５５に対して相対的に回動すると、吸気バルブ１９のバルブタイミングが変化することになる。

ここで、前記オイルポンプ４８はクランクシャフト３に連結されており、エンジンの回転を駆動源として駆動されている。すなわち、オイルポンプ４８の図示しないピストンがクランクシャフト３に連結されており、このピストンがクランクシャフト３の回転に伴って駆動されることでオイルタンク４９内の作動油が圧送されるようになっている。

また、前記エンジン本体１には、図２に示すように、タイミングベルト４６等によりクランクシャフト３に連結されたオルタネータ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することにより発電量を調整するレギュレータ回路２８ａを内蔵し、このレギュレータ回路２８ａに入力される前記ＥＣＵ２からの制御信号に基づき、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、前記エンジン１には、クランクシャフト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回転数ＮＥが検出されるとともに、この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シャフト３の回転角度が検出されるようになっている。さらに、エンジン１には、吸気側カムシャフト４１の回転位置を検出するカム角センサ３２と、冷却水温度を検出する水温センサ３３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３４とが設けられており、これらの各センサから出力される検出信号がＥＣＵ２に入力される。

ＥＣＵ２は、前記各センサからの検出信号に基づき種々の演算を行うとともに、各アクチュエータの制御信号を出力するものである。例えば、運転条件に応じた燃料の噴射量および噴射時期や点火時期を演算し前記燃料噴射弁１６や点火装置２７に制御信号を出力している。また、運転条件に応じてスロットル弁２３の目標開度を演算し、スロットル弁２３の開度がこの目標開度となるような制御信号をアクチュエータ２４に出力している。また、ＥＣＵ２では、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１２Ａ〜１２Ｄへの燃料噴射を所定のタイミングで停止（燃料カット）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が実行されるようになっている。

この再始動制御とは、具体的には、まず、エンジンの自動停止時に圧縮行程の途中でピストン１３が停止した停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射し点火することで初回の燃焼を行わせ、次にエンジンの自動停止時に膨張行程の途中で停止した停止時膨張行程気筒に燃料を噴射し点火することで２回目の燃焼を行わせるものである。この再始動では、前記停止時圧縮行程気筒での燃焼によりピストン１３が押し下げられてクランクシャフト３が少しだけ逆回転し、これにより停止時膨張行程気筒のピストン１３が一旦上昇するのでこの停止時膨張行程気筒内の空気が圧縮される。このように停止時膨張行程気筒内の空気が圧縮されれば、この圧縮された空気に燃料を噴射し点火することでこの停止時膨張行程気筒での２回目の燃焼を実現することができる。このようにして、クランクシャフト３に正回転の駆動トルクが与えられる結果、エンジンが自動的に再始動する。

前記のように再始動モータ等を使用することなく、停止時膨張行程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、この停止時膨張行程気筒で得られる燃焼エネルギーを充分に確保することにより、これに続いて圧縮上死点を迎える気筒がその圧縮反力に打ち勝って圧縮上死点を超えるようにしなければならない。すなわち、停止時圧縮行程気筒内に所定量の空気量を確保するとともに、停止時膨張行程気筒内にも充分な空気量を確保しておく必要がある。具体的には、図５および図６に示すように、ピストン１３を、前記停止時膨張行程気筒が、圧縮上死点後のクランク角が９０°ＣＡとなる位置よりもやや下死点側の所定範囲、例えば圧縮上死点後のクランク角が１００°〜１２０°ＣＡとなる適正範囲Ｒ内に停止させる必要がある。

ここで、前記のように燃料噴射を停止してエンジンを自動停止させる場合、クランクシャフト３やフライホイール等が有する運動エネルギーが、摩擦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シャフト３は燃料噴射の停止時点から惰性で数回転した後に停止する。例えば、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。具体的には、図１４に示すように、燃料噴射を停止した時間ｔ３以降では、気筒１２Ａ〜１２Ｄがそれぞれ圧縮上死点を迎える度にエンジン回転数Ｎｅが一時的に落ち込み低下していく。そして、最後の圧縮上死点を超えた時点の後に圧縮上死点を迎える気筒では、慣性力によるピストン１３の上昇に伴って空気圧が高まり、その圧縮反力によりピストン１３が押し返されてクランクシャフト３が逆回転する。このクランクシャフト３の逆回転によって膨張行程気筒の空気圧が上昇すると、その圧縮反力に応じて膨張行程気筒のピストン１３が下死点側に押し返されてクランクシャフト３が再び正回転し始める。このようにして、クランクシャフト３の逆回転と正回転とが数回繰り返された後にエンジンは停止する。

このように、前記エンジンの自動停止時のピストン１３の停止位置は、前記圧縮行程気筒および膨張行程気筒における圧縮反力のバランスにより決定される。従って、エンジンが自動停止する際にピストン１３を再始動に適した前記適正範囲Ｒ内に停止させるためには、停止時膨張行程気筒の圧縮反力が停止時圧縮行程気筒の圧縮反力よりも所定値以上小さくなるように、両気筒に対する吸気流量を調節する必要がある。

そこで、本実施形態では、燃料噴射の停止時点でスロットル弁２３の開度を大きな値に設定することにより、停止時膨張行程気筒および停止時圧縮行程気筒に所定量の空気を吸入させた後、所定時間が経過した時点でスロットル弁２３の開度を低減することにより各気筒に流入する吸入空気量を調整するようにしている。

ただし、実際のエンジンでは、吸気ポートや分岐吸気通路の形状に個体差があることにより、また、エンジンの温度等によりこれらを流通する空気の挙動が変化するため、エンジンの自動停止期間中に各気筒１２Ａ〜１２Ｄに吸入される吸気流量にばらつきが生じる。したがって、スロットル弁２３の開閉制御のみでは、ピストンの停止位置を適正範囲Ｒ内に収めるのが困難となる。

この点につき、本実施形態では、図７に一例を示すように、エンジンの自動停止期間中においてエンジン回転数ＮＥが低下する過程で、各気筒１２Ａ〜１２Ｄが圧縮上死点を通過する際のエンジン回転数ＮＥとピストン１３の停止位置との間に相関関係があることに着目した。そして、エンジン回転数ＮＥが低下する過程で１８０°ＣＡ毎（各気筒が圧縮上死点を通過する際）のエンジン回転数ＮＥを検出し、この検出結果に応じてオルタネータ２８の発電量を制御することにより、エンジン回転数ＮＥの落ち込み具合を調整して、エンジンの自動停止時のピストン１３の停止位置を適正範囲Ｒに近い範囲に納めるようにしている。

前記図７は、エンジン回転数ＮＥが８００ｒｐｍ付近となるときに燃料噴射を停止した場合の１８０°ＣＡ毎のエンジン回転数ＮＥとピストン１３の停止位置との関係を示したものである。ここでは、前記のように燃料噴射の停止時点でスロットル弁２３を十分に開いた後、所定時間が経過した時点でスロットル弁２３の開度を低減した場合である。この図の横軸は、燃料噴射停止後の１８０°ＣＡ毎のエンジン回転数ＮＥであり、縦軸はエンジン停止時のピストン１３の停止位置である。また、図中の番号はエンジンの自動停止時から数えて、各気筒が圧縮上死点を通過する順番を表している。

この図から明らかなように、圧縮上死点時のエンジン回転数ＮＥが適正回転数範囲（斜線の範囲）にあれば、ピストン１３の停止位置を再始動に好適な前記適正範囲Ｒにほぼ納めることが可能となる。

従って、前記のようにオルタネータ２８の発電量を制御することにより燃料噴射停止後のエンジン回転数ＮＥの落ち込み具合を調整すれば、ピストン１３を適正範囲Ｒ内にて停止させることができる。

しかしながら、このオルタネータ２８によりエンジン回転数ＮＥを調整する方法を幾種類かのエンジンで実施したところ、そのうちの数種類のエンジンにおいてはピストン１３を適正範囲Ｒ内に停止させることができない場合があることが判明した。これについて種々の調査を行ったところ、エンジンの自動停止直前にエンジンが吸気バルブ１９の開弁時期まで逆回転して吸気バルブ１９が開く結果、停止時圧縮行程気筒内に空気が流入してしまうことが原因であることが判明した。すなわち、前記のように圧縮上死点時のエンジン回転数ＮＥの落ち込みを調整しても、自動停止直前の逆回転時に停止時圧縮行程気筒内に空気量が流入すると、停止時圧縮行程気筒内の圧縮反力が増加してしまい、停止時膨張行程気筒のピストン１３を十分に上昇させることができなくなる場合がある。特に、流入する空気量は運転条件や周囲状況等によって種々に変化するため、前記のように吸気バルブ１９が開いてしまうと、同一のエンジンにおいてもピストン１３を適正範囲Ｒ内に停止させることができなくなる場合が生じる。

ここで、従来、エンジン回転数ＮＥが低い運転条件では、図８に示すように、吸気バルブ１９のバルブタイミングが遅角側に制御されている場合が多い。これは、低回転時の燃焼を安定させるべく、吸気バルブ１９と排気バルブ２０とのオーバーラップ量を抑制し、気筒内の空気量を確保するためである。しかし、このように吸気バルブ１９のバルブタイミングを遅角させていると前記のように逆回転時に吸気バルブ１９が開弁してしまう可能性が非常に高くなる。

そこで、本発明では、図９に示すように、エンジンの自動停止条件が成立した後に吸気バルブ１９のバルブタイミングを前記バルブタイミング制御手段５０によって最進角位置に進角補正し、エンジンの逆回転時に吸気バルブ１９が開弁しないようにしている。

特に、本実施形態では、前記のようにバルブタイミング変更手段５１の作動油圧が、クランクシャフト３に連結されたエンジン１の回転を駆動源とするオイルポンプ４８によって生成されている。そのため、エンジンの自動停止条件が成立するようなエンジン回転数が低い場合には、オイルポンプ４８が十分に駆動されずバルブタイミングを変更するために必要な油圧を得ることができない場合がある。従って、本実施形態では、エンジンの自動停止条件が成立した時点で、エンジン回転数を、吸気バルブ１９のバルブタイミングを進角補正するために必要な油圧が得られるまで上昇させて、前記バルブタイミング変更手段５１による吸気バルブ１９のバルブタイミングの進角補正を実現している。

前記のような回転数ＮＥの上昇および吸気バルブ１９のバルブタイミング進角補正は、前記バルブタイミング制御手段５０および回転数制御手段６０とによって行われる。

このバルブタイミング制御手段５０のうちＥＣＵ２内に設けられたバルブタイミング演算手段５２は、吸気バルブ１９のバルブタイミングの目標進角補正量を演算するためのものである。このバルブタイミング演算手段５２では、カム角センサ３２の検出値と最進角位置との偏差に基づき吸気バルブ１９のバルブタイミングの目標進角補正量を演算するとともに、吸気バルブ１９のバルブタイミングを前記目標進角補正量だけ進角させるために前記バルブタイミング変更手段５１に供給せねばならない要求作動油圧を演算している。

前記回転数制御手段６０は、エンジン回転数ＮＥを、オイルポンプ４８によって前記要求作動油圧を生成するのに必要な値に制御するためのものである。この回転数制御手段６０では、まず、このバルブタイミング演算手段５２で演算された要求作動油圧を実現するために必要なエンジンの目標回転数Ｎ１を算出する。そして、前記クランク角センサ３０，３１の検出結果に基づく現在のエンジン回転数ＮＥと前記目標回転数Ｎ１との偏差に基づいて要求噴射量を算出する。ここで、エンジン本体１に噴射する噴射量が急激に変化すると運転者に違和感を与えてしまうので、実際には、運転者が異常と感じないように要求噴射量に補正を行う。このようにして算出された要求噴射量の信号は前記燃料噴射弁１６に出力される。そして、エンジン回転数ＮＥが前記目標回転数Ｎ１になると前記バルブタイミング制御手段５０により吸気バルブ１９のバルブタイミングが進角補正される。

また、エンジンの自動停止時には、前述のように燃料噴射停止後のエンジン回転数ＮＥの低下具合がオルタネータ２８により調整されるが、このエンジン回転数ＮＥの低下具合を最適にするためには、燃料噴射停止時点すなわちエンジン回転数低下直前におけるエンジン回転数ＮＥを所定の値Ｎ３（オルタネータ制御用回転数）にしておくのが好ましい。そこで、前記回転数制御手段６０にて、燃料噴射停止時点でのエンジン回転数ＮＥがこのオルタネータ制御用回転数Ｎ３となるような制御を行う。すなわち、この回転数制御手段６０では、エンジン回転数ＮＥをオルタネータ制御用回転数Ｎ３にするために必要な噴射量が演算される。

さらに、エンジン自動停止時にはエンジン１を掃気する必要がある。そこで、この回転数制御手段６０にて、エンジン回転数ＮＥが、掃気に必要な回転数である掃気用回転数Ｎ２となるような制御も行う。すなわち、回転数制御手段６０では、エンジン回転数ＮＥをこの掃気用回転数Ｎ２にするために必要な噴射量が演算される。

次に、本実施形態におけるエンジンの自動停止時の具体的な制御例を図１０および図１１等を参照しながら説明する。図１０はエンジンの自動停止時における燃料噴射停止までの制御手順のうちの前半部分を示すフローチャートである。一方、図１１は自動停止時の燃料噴射停止までの制御手順のうち後半部分を示すフローチャートである。

まず、最初に、各種センサ類からの検出信号に基づいて、エンジンの自動停止条件が成立したか否かの判定を行う（ステップＳ１）。具体的には、ブレーキの作動状態が所定時間継続し、車速が所定値以下であるといった場合には、エンジンの自動停止条件が成立したと判定される。

エンジンの自動停止条件が成立したと判定されれば（ステップＳ１でＹＥＳ）、カム角センサ３２の検出信号に基づいて現在の吸気バルブ１９のバルブタイミングを算出し、この現在のバルブタイミングと最進角位置との偏差すなわち目標進角補正量を算出する（ステップＳ２）。そして、この目標進角補正量に基づいてバルブタイミング変更手段５１に供給すべき目標油圧を算出する（ステップＳ３）。さらに、この算出された目標油圧を実現可能な目標回転数Ｎ１を算出する（ステップＳ４）。次に、クランク角センサ３０，３１の検出結果に基づいて算出される現在のエンジン回転数ＮＥと前記目標回転数Ｎ１との偏差に基づいて必要な要求噴射量を算出し（ステップＳ５）、噴射量がこの要求噴射量となるまでインジェクタ１６のパルス幅を徐々に増加させて、エンジン回転数ＮＥを前記目標回転数Ｎ１まで上昇させていく（ステップＳ６）。

そして、エンジン回転数ＮＥが目標回転数Ｎ１になったかどうかを判定して（ステップＳ７）、判定結果がＹＥＳの場合には噴射量の増加を終了する。一方、判定結果がＮＯの場合、すなわち、エンジン回転数ＮＥが目標回転数Ｎ１に到達していない場合には、ステップＳ５、Ｓ６を繰り返してエンジン回転数ＮＥを上昇させていく。エンジン回転数ＮＥが目標回転数Ｎ１になった後は、バルブタイミング変更手段５１を駆動し、吸気バルブ１９のバルブタイミングを進角補正する（ステップＳ８）。そして、カム角センサ３２の検出結果に基づいて、吸気バルブ１９のバルブタイミングが最進角位置にまで進角されたかどうかを判定する（ステップＳ９）。このとき、この判定結果がＮＯの場合、すなわち、吸気バルブ１９のバルブタイミングを最進角位置にまで進角させることができなかった場合には、ステップＳ２に戻りステップＳ２〜ステップＳ９までを実施する。

吸気バルブ１９のバルブタイミングが最進角補正されれば、次に、現在のエンジン回転数ＮＥが前記掃気用回転数Ｎ２よりも小さい、あるいは現在のエンジン回転数ＮＥがオルタネータ制御用回転数Ｎ３よりも小さいかどうかが判定される（ステップＳ１０）。この判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、現在のエンジン回転数ＮＥが前記回転数Ｎ２，Ｎ３のいずれかよりも小さい場合には、前記掃気用回転数Ｎ２とオルタネータ制御用回転数Ｎ３のうち高い方の回転数を目標回転数Ｎｔに設定して（ステップＳ１１）、エンジン回転数ＮＥがこの新たな目標回転数Ｎｔとなるまで（ステップＳ１３）噴射量を増量する（ステップＳ１２）。一方、この判定結果がＮＯの場合、すなわち、現在のエンジン回転数ＮＥが前記いずれの回転数Ｎ２，Ｎ３よりも大きい場合には、所定時間掃気が行われる（ステップＳ１４）。

次に、現在のエンジン回転数ＮＥがオルタネータ制御用回転数Ｎ３と一致しているかどうかが判定される（ステップＳ１５）。この判定結果がＮＯの場合には、目標回転数Ｎｔをオルタネータ制御用回転数Ｎ３として（ステップＳ１６）、エンジン回転数ＮＥがこのオルタネータ制御用回転数Ｎ３となるまで（ステップＳ１８）噴射量を増減する（ステップＳ１７）。そして、エンジン回転数ＮＥが前記オルタネータ制御用回転数Ｎ３となった時点、すなわち前記判定結果がＹＥＳの場合に、燃料噴射を停止する（ステップＳ１９）。

次に、燃料噴射停止後の制御例を図１２を参照しながら説明する。

前記のように燃料噴射が停止されると、まず、スロットル弁２３を設定開度となるように開弁する（ステップＳ２０）。続いて、上死点時のエンジン回転数が適正回転数範囲にあるかどうかを判定する（ステップＳ２１）。

前記ステップＳ２１での判定がＹＥＳであれば、さらに現在のエンジン回転数ＮＥが所定回転数以下であるかどうかを判定する（ステップＳ２２）。この所定回転数は、吸気の輸送遅れを考慮して、停止時膨張行程気筒内の吸気量が停止時圧縮行程気筒の吸気量よりも多くなるようなタイミングでスロットル弁２３を閉じるためのものであって、例えば５００〜６００ｒｐｍの範囲に設定されている。そして、エンジン回転数ＮＥがこの所定回転数以下となれば（ステップＳ２２でＹＥＳ）スロットル弁２３を閉弁する（ステップＳ２３）。一方、エンジン回転数ＮＥが所定回転数以上であればステップＳ２１に戻る。

一方、前記ステップＳ２１での判定がＮＯの場合、すなわち、エンジン回転数ＮＥが適正回転数範囲から外れていると判定された場合には、現在のエンジン回転数ＮＥと適正回転数との偏差に基づいてオルタネータ２８の発電量を算出する（ステップＳ２４）。この発電量は、例えば、エンジン回転数ＮＥ、適正回転数および現在のオルタネータ２８の発電量に応じて、予め設定されたマップ等から決定するようにすればよい。そして、このマップは、現在のエンジン回転数ＮＥが適正回転数範囲の上限よりも高いときにはエンジン本体１の負荷が増加するようにオルタネータ２８の発電量を増大させる一方、現在のエンジン回転数ＮＥが適正回転数範囲の下限よりも小さいときにはエンジン本体１の負荷が減少するように発電量を減少させるよう構成されている。また、前記マップにおいて発電量の目標値は、上死点時のエンジン回転数が適正回転数範囲の下限付近になるよう大きめに設定されている。

そして、オルタネータ２８で前記決定された発電量が発電される（ステップＳ２５）。このオルタネータ２８の発電作動によってエンジン本体１の負荷が調整されることで、慣性で回転するエンジン本体１の回転数の軌跡は高回転側または低回転側のいずれかにシフトされて、徐々に目標とする軌跡に近づいて行く。そして、エンジン回転数ＮＥが前記ステップＳ２２の所定回転数以下になれば（ＹＥＳの場合）、ステップＳ２３に進み、スロットル弁２３を閉じる。

以上のような制御を行ったときのエンジン回転数ＮＥ等の変化の様子を図１４に示す。

この図は、エンジン自動停止条件が成立した際にＯＮとなる自動停止判定フラグと、燃料噴射が停止されたときにＯＮとなる燃料噴射停止フラグと、エンジン回転数ＮＥと、スロットル弁２３の目標開度と、吸気バルブ１９のバルブタイミングとのタイムチャートを示している。

この図に示すように、まず時間ｔ１にて自動停止条件が成立したことを示す停止判定フラグが０から１（ＯＦＦからＯＮ）に変化すると、スロットル弁２３が予め設定された所定開度となるように駆動されるとともに、前記回転数制御手段６０によってエンジン回転数ＮＥの制御が開始され、エンジン回転数ＮＥが徐々に上昇していく。時間ｔ２にてエンジン回転数ＮＥが目標回転数Ｎ１（この図では約９００ｒｐｍ）まで上昇すると、バルブタイミング制御手段５０によって吸気バルブ１９のバルブタイミングが最進角位置まで進角補正される。その後、所定時間が経過し掃気が十分に行われたと判断されると、時間ｔ３にて燃料噴射停止フラグが０から１に変化して、燃料噴射が停止される。このとき、スロットル弁２３の目標開度は低減される。燃料噴射停止後（ｔ３以降）は、エンジン回転数ＮＥがオルタネータ２８の制御により調整されつつ低下し、それに伴ってオイルポンプ４８の駆動力が低減して吸気バルブ１９のバルブタイミングが徐々に遅角側に移動していく。

この図では、前記掃気用回転数Ｎ２とオルタネータ制御用回転数Ｎ３とがどちらも吸気バルブのバルブタイミングの進角補正に必要な目標回転数Ｎ１と一致する場合について示している。従って、これら掃気用回転数Ｎ２とオルタネータ制御用回転数Ｎ３とが前記目標回転数Ｎ１と異なる場合には、前記のように燃料噴射停止前にエンジン回転数ＮＥを別途制御するのがよい。

また、前記実施形態では、エンジン回転数ＮＥが所定の目標回転数Ｎ１まで上昇した後に吸気バルブ１９のバルブタイミングを進角補正する場合について説明したが、エンジン回転数ＮＥの制御とバルブタイミングの進角補正とを同時に行うようにしてもよい。このように構成した場合のフローチャートを図１３に示す。図１３は、前記図１０におけるステップＳ３〜ステップＳ７のステップがステップＳ３３〜Ｓ３５のステップとなったものである。すなわち、図１０の場合のように目標進角補正量を算出した後目標油圧（ステップＳ３）および目標回転数Ｎ１を算出して（ステップＳ４）エンジン回転数ＮＥを上昇させ（ステップＳ５〜ステップＳ７）、エンジン回転数ＮＥが目標回転数Ｎ１となった時点でバルブタイミングの進角補正を行う（ステップＳ８）のに対して、目標油圧および目標回転数の算出を行わずに噴射量の増加量のみを算出し（ステップＳ３３）、噴射量を増量してエンジン回転数ＮＥを上昇させつつ（ステップＳ３４）吸気バルブ１９のバルブタイミングを進角補正していく（ステップＳ３５）。そして、吸気バルブ１９のバルブタイミングが最進角位置となった時点で噴射量の増加を停止する（ステップＳ９）。このようにすれば、目標油圧等の演算を行う必要がなく演算負荷をより小さくすることができる。また、エンジン回転数ＮＥの上昇を、吸気バルブ１９のバルブタイミングを進角補正するのに必要な最小限の値におさめることが可能になる。

以上のように、本エンジン停止制御装置によれば、エンジンの自動停止条件が成立したときにエンジンの吸気バルブ１９のバルブタイミングが進角補正されるので、自動停止時にエンジンが逆回転した際に吸気バルブ１９が開いて停止時圧縮行程気筒に空気が流入してしまうのをより確実に抑制することができる。その結果、自動停止時にピストン１３をより確実に所望の位置に停止させることができるので、エンジンを停止時膨張行程気筒での燃焼により確実に再始動させることが可能になる。

特に、エンジンの自動停止条件成立時に回転数を上昇させて吸気バルブ１９のバルブタイミングを進角補正するようにしているので、本発明を、バルブタイミングがエンジンの回転を駆動源として駆動されるオイルポンプ４８等の駆動によって変更されるようなバルブタイミング制御手段５０を有するエンジンに用いたとしても、吸気バルブ１９のバルブタイミングを確実に進角補正することができる。

また、前記エンジン回転数ＮＥの上昇量を、カム角センサ３２すなわちバルブタイミング検出手段の検出結果に基づいて制御するようにすれば、より確実に吸気バルブ１９のバルブタイミングを所定の進角量だけ進角補正することができる。

また、前記のようにエンジンの自動停止前にエンジン回転数ＮＥを上昇させておけば、同時にエンジンの掃気を行うことが可能になる。さらに、前記のように吸気バルブ１９のバルブタイミングを進角補正すると、吸気バルブ１９と排気バルブ２０とのオーバーラップが増加する可能性があるが、前記のようにエンジン回転数ＮＥを上昇させておけば気筒内に流入する空気量を十分に確保することができる。すなわち、吸気バルブ１９のバルブタイミングを進角補正しつつ燃焼の安定化を図ることができる。

ここで、エンジンの自動停止条件成立時に、予め設定された掃気用回転数Ｎ２と前記吸気バルブのバルブタイミングの進角補正のための目標回転数Ｎ１のうち、より高い回転数となるようにエンジン回転数ＮＥを制御するようにすれば、掃気制御および吸気バルブの進角補正制御のいずれをも確実にかつ効果的に実施することが可能になる。

また、吸気バルブ１９のバルブタイミングの進角量はエンジンの逆回転によって吸気バルブ１９が開弁しない値であればよいが、最進角位置に設定しておけば、より確実に吸気バルブ１９の開弁を抑制することができる。特に前記のようにエンジンの回転を駆動源とするバルブタイミング制御手段５０を用いる場合には、燃料噴射停止後にエンジン回転数ＮＥの低下によって吸気バルブ１９のバルブタイミングが遅角側に移行した場合でも、そのバルブタイミングを十分に進角側とすることができる。

ここで、前記実施形態では、バルブタイミング変更手段５１がオイルポンプ４８から圧送されるオイルで駆動する油圧式装置の場合について示したが、その他モータ等によって制御されるものであってもよい。

また、前記実施形態では、エンジン自動停止後の再始動の際に、まず停止時圧縮行程気筒内の混合気を燃焼させてエンジン本体１を少しだけ逆回転させた後、停止時膨張行程気筒の混合気を燃焼させる場合について示したが、最初に停止時膨張行程気筒の混合気を燃焼させて再始動を実現するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、吸気バルブ１９のバルブタイミングを最進角位置まで補正した場合について示したが、この進角位置は、前述のようにエンジンの逆回転時に吸気バルブ１９が開弁しないような位置あるいは、開弁したとしても空気量の流入が非常に小さくなるような位置であれば、適宜設定可能である。

また、前記実施形態では、目標回転数Ｎ１の値を目標進角補正量から算出する場合について示したが、この目標回転数Ｎ１は予め設定された値であってもよい。

本発明に係る停止制御装置を備えたエンジンの概略断面図である。 図１に示すエンジンの吸気系および排気系の構成を示す説明図である。 図１に示すエンジンの側面図である。 図３に示すエンジンに設けられるバルブタイミング制御手段の概要を示す概略断面図である。 図１に示すエンジンの停止時に膨張行程および圧縮行程になる気筒のピストン停止位置を示す説明図である。 図１に示すエンジンの停止時に膨張行程および圧縮行程になる気筒の空気量を示す説明図である。 図１に示すエンジン停止時のエンジン回転数とピストン停止位置との相関関係を示す分布図である。 図１に示すエンジンの従来のバルブタイミングを示す説明図である。 図１に示すエンジンのバルブタイミングを示す説明図である。 エンジンの自動停止制御のうち燃料噴射停止までの動作の前半部を示すフローチャートである。 エンジンの自動停止制御のうち燃料噴射停止までの動作の後半部を示すフローチャートである。 エンジンの自動停止制御のうち燃料噴射停止後の動作を示すフローチャートである。 エンジンの自動停止制御のうち燃料噴射停止までの動作の他の実施形態を示すフローチャートである。 エンジン停止時におけるエンジン回転数等の変化状態を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ エンジン本体
２ ＥＣＵ（自動停止制御手段）
３ クランクシャフト
１３ ピストン
１６ 燃料噴射弁
１９ 吸気バルブ
２３ スロットル弁
２８ オルタネータ
３２ カム角センサ（バルブタイミング検出手段）
４１ 吸気側カムシャフト
４８ オイルポンプ
５０ バルブタイミング制御手段
５１ バルブタイミング変更手段
５２ バルブタイミング演算手段
６０ 回転数制御手段

Claims (6)

1. 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当該エンジンを自動停止させるとともに、予め設定されたエンジンの再始動条件が成立したときに、少なくとも当該エンジンの自動停止時に膨張行程にあった停止時膨張行程気筒での燃焼によってエンジンを再始動させる多気筒４サイクルエンジンの停止制御装置において、
   前記エンジンの吸気バルブのバルブタイミングを変更可能なバルブタイミング制御手段を有し、
   当該バルブタイミング制御手段によって、前記エンジンの自動停止条件が成立したときに当該エンジンの吸気バルブのバルブタイミングを予め設定された所定角度まで進角補正することで、前記停止時膨張行程気筒のピストンを前記エンジンの自動停止時に予め設定された所定位置に停止させることを特徴とするエンジンの停止制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの停止制御装置において、
   前記バルブタイミング制御手段が、前記エンジンの回転を駆動源として駆動されることを特徴とするエンジンの停止制御装置。
3. 請求項２に記載のエンジンの停止制御装置において、
   前記エンジンの回転数を制御可能な回転数制御手段を有し、
   当該回転数制御手段が、前記エンジンの自動停止条件が成立したときに、当該エンジンの回転数を、前記バルブタイミング制御手段によって前記吸気バルブのバルブタイミングの進角補正が可能となる値にまで上昇させることを特徴とすることを特徴とするエンジンの停止制御装置。
4. 請求項３に記載のエンジンの停止制御装置において、
   前記吸気バルブのバルブタイミングの進角量を検出可能なバルブタイミング検出手段を有し、
   前記回転数制御手段が、前記バルブタイミング検出手段の検出結果に基づいて前記エンジンの回転数を制御することを特徴とするエンジンの停止制御装置。
5. 請求項３または４に記載のエンジンの停止制御装置において、
   前記回転数制御手段が、前記エンジン自動停止条件が成立したときに当該エンジンの回転数を、気筒内を掃気するために必要な回転数と前記バルブタイミング制御手段によって前記吸気バルブのバルブタイミングを進角補正するのに必要な回転数のうちより高い回転数に制御することを特徴とするエンジンの停止制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のエンジンの停止制御装置において、
   前記バルブタイミング制御手段が、前記エンジンの自動停止条件が成立したときに当該エンジンの吸気バルブのバルブタイミングを最進角位置に制御することを特徴とするエンジンの停止制御装置。

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