JP2011163320A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動停止、再始動時において実吸入空気量の変動を抑え、安定した自動停止及び再始動を可能とする。
【解決手段】吸気弁のリフト量を可変する可変バルブ機構と、吸気弁の上流側に設けられ吸気通路の開口面積を可変するスロットル弁と、所定の停止条件の成立時にエンジンを自動停止させる自動停止手段とを備えたエンジンの制御装置において、可変バルブ機構により吸気弁のリフト量が所定量以下でスロットル弁の開度が所定開度より大きい第１吸気制御状態と、吸気弁のリフト量が所定量より大きくスロットル弁の開度が所定開度以下となる第２吸気制御状態とに可変可能であり、所定の停止条件が成立したとき、吸気弁のリフト量が所定量以下の場合にのみ(S30)、エンジンを自動停止する(S50)。
【選択図】図３

Description

本発明は、可変動弁機構を備えた自動停止再始動車両の内燃機関の制御技術に関する。

走行停止時にエンジン（内燃機関）を自動的に停止して燃費を向上させる自動停止再始動車両が開発されている。自動停止再始動車両は、例えば車速が０、アイドル運転である等の所定の停止条件が成立したときにエンジンを自動的に停止する。また、このエンジンの自動停止後にブレーキ操作解除等の所定の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。

一方、エンジンの吸気バルブのリフト量を可変させる可変動弁機構を備えたエンジンが開発されている。このような可変動弁機構を備えたエンジンでは、始動性を確保するため、始動時に実圧縮比が比較的高くなるような設定やアイドル時にスロットル弁と連動して吸入空気量を抑え実圧縮比が低くなるような設定に変更できる。
しかしながら、このように実圧縮比が高くなるように設定すると、始動性は高まるがトルク変動が大きくなるので、エンジン停止時及び始動時に振動やスタータの打音が大きくなるといった問題点が発生する。特に、上記のような自動停止再始動車両では、自動停止、再始動時に、乗員に感知されないように振動等を極力抑えることが望ましい。

そこで、可変動弁装置付エンジンを備えた自動停止再始動車両において、自動停止あるいは再始動時には、実圧縮比が抑えられるように可変動弁機構を制御する技術が開発されている（特許文献１）。

特開２０００−３４９１３号公報

上記特許文献１では、自動停止あるいは再始動時に、リフト量を増加させ吸気弁の閉弁時期を圧縮行程内で遅角させることで、実圧縮比を低下させている。
しかしながら、自動停止中はスロットル弁が閉じ側に設定されていたとしても時間が経過するに連れてスロットル弁と吸気弁との間の負圧が変化することになる。この状態で再始動した場合、リフト量が増加側に設定されているため、吸入空気量はそのときの負圧に大きく左右され、エンジンの回転速度やトルクが依然として安定せず、乗員に違和感を与える虞がある。

本願はこのような問題に鑑み発明されたものであって、自動停止、再始動時において実吸入空気量の変動を抑え、安定した自動停止及び再始動を可能とする内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、吸気弁のリフト量を可変する可変動弁機構と、吸気弁の上流側に設けられ吸気通路の開口面積を可変するスロットル弁と、内燃機関を自動停止する自動停止手段とを備えた内燃機関の制御装置において、所定の運転状態に対し少なくとも吸気弁のリフト量が所定量以下でスロットル弁の開度が所定開度より大きい第１吸気制御状態と、吸気弁のリフト量が所定量より大きくスロットル弁の開度が所定開度以下となる第２吸気制御状態とを有し、予め定められた車両状態となる内燃機関の停止条件が成立したとき、吸気弁のリフト量が所定量以下の場合に自動停止手段により内燃機関を自動停止することを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１において、ブレーキブースタの負圧を検出する負圧検出手段を備え、停止条件が成立し、且つ吸気弁のリフト量が所定量以下のとき、負圧検出手段にて検出した負圧が第１の所定圧以下の場合には、負圧が第１の所定値を超えるまで自動停止手段による内燃機関の自動停止を禁止することを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項２において、停止条件が成立し、吸気弁のリフト量が所定量以下で、且つ負圧検出手段にて検出した負圧が第１の所定圧以下の場合には、吸気弁とスロットル弁を第２吸気制御状態とし、負圧検出手段の検出値が第１の所定圧を超えたとき吸気弁とスロットル弁を第１吸気制御状態することを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１〜３の何れかにおいて、可変動弁機構は、吸気弁の閉弁時期が第１吸気制御状態では吸気下死点より進角され、かつ、第２吸気制御状態の閉弁時期よりも進角となることを特徴とする。
また、請求項５の発明は、請求項１〜４の何れかにおいて、負圧検出手段の検出値が第２の所定圧を超えたとき内燃機関を再始動することを特徴とする。

本発明の請求項１の内燃機関の制御装置によれば、自動停止及び再始動時に実圧縮比が低下するので、トルク変動を抑え、振動を抑えることができる。特に、リフト量を低下させることで実圧縮比を低下させ、リフト量が所定量以下の場合に自動停止を許可するので、自動停止時に吸気マニホールド内の圧力の変動を抑え、吸入空気量の変動を抑制することができる。したがって、エンジンの回転速度やトルクがより安定して、乗員に違和感のない安定した自動停止及び再始動を可能にすることができる。

本発明の請求項２の内燃機関の制御装置によれば、ブレーキブースタ内の負圧が第１の所定圧を超えるまで自動停止手段による自動停止が禁止されるので、自動停止時にリフト量が低下することでブレーキブースタ内の負圧が低下した場合には自動停止が行われず、自動停止時の制動力不足を回避することができる。
本発明の請求項３の内燃機関の制御装置によれば、ブレーキブースタ内の負圧が第１の所定圧以下の場合には、第２吸気制御状態として吸気弁のリフト量を所定量より大きくかつスロットル弁の開度を所定開度以下にするので、ブレーキブースタ内の負圧を積極的に増加させることができる。したがって、自動停止の禁止を迅速に解除することができ、自動停止の頻度を増加させ、燃費低減効果を向上させることができる。

本発明の請求項４の内燃機関の制御装置によれば、自動停止が許可される第１吸気制御状態では、吸気弁の閉弁時期が吸気下死点より進角するので、実圧縮比が低くかつポンピングロスが少なくなり、自動停止による燃費低減効果をより向上させることができる。
本発明の請求項５の内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の自動停止時にブレーキブースタ内の負圧が第２の所定圧よりも小さくなった場合に、内燃機関を再始動することで、例えば運転者のブレーキ操作によりブレーキブースタ内のの負圧が不足したとしても負圧を積極的に増加させることができる。したがって、ブレーキ性能を維持することが可能となるので、安全性が保たれる。

本発明に係るエンジン制御系の概略構成図である。 本実施形態のエンジンのバルブタイミングを示すグラフである。 第１吸気制御状態でブレーキ負圧が十分に得られるエンジンでの、自動停止の可否判定の制御要領を示すフローチャートである。 第１吸気制御状態でブレーキ負圧が十分に得られないエンジンでの、自動停止の可否判定の制御要領を示すフローチャートである。 エンジンの自動停止中にブレーキ負圧検出値に従い再始動の可否判定の制御要領を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る自動停止再始動車両のエンジン制御系の概略構成図である。
本実施形態の自動停止再始動車両は、エンジン１に可変バルブリフト機構２（可変動弁機構）を備えている。
図１に示すように、エンジン１は、１本のカムシャフト１０に吸気カム１１及び排気カム１２を備えた所謂ＳＯＨＣ式エンジンである。可変バルブリフト機構２の構造は、例えば特開平２００５−２９９５３６号公報に記載されており、詳細な構造については省略するが、カムシャフト１０、及び吸気バルブ１３を駆動するロッカアーム１４の他に、センタロッカアーム１５及びスイングカム１６を備えている。そして、吸気カム１１の回転によりロッカアーム１４を上下動する際に、モータ１７によりロッカシャフト１８を回転駆動してセンタロッカアーム１４の支点位置を移動させることで、吸気バルブ１３の最大リフト量を変化させつつ、最大リフト量から最小リフト量まで、開弁時期を略一定に保ちながらリフト量の減少に伴って一義的に吸気バルブ１３の閉弁時期を進角させることが可能となっている。また、モータ１７には、その回転角を検出する回転角センサ２０が設けられている。

エンジン１の吸気通路２１には、吸気流量を制御するスロットル弁２２が設けられている。スロットル弁２２は、吸気マニホールド２３の上流に配置され、ＥＣＵ３０によりアクセル開度に基づいて制御される。
また、車両には、ブレーキペダル２４の踏力を倍増してブレーキシリンダ２５を作動させるブレーキブースタ２６が設けられている。ブレーキブースタ２６は、負圧通路２７を介して吸気マニホールド２３と接続されている。負圧回路２７には、吸気通路２１からブレーキブースタ２６への逆流を防止するチェックバルブ２８が介装されている。ブレーキブースタ２８は、負圧通路２７を介してエンジン作動時に吸気通路２１内の負圧を利用して内部に負圧を発生させる。ブレーキブースタ２８には、その内部の負圧を検出する負圧センサ２９(負圧検出手段)が設けられている。

ＥＣＵ３０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）を含んで構成されており、スロットル弁２２等のエンジン１全般の制御を行う。特に、ＥＣＵ３０は、キースイッチ３１の操作情報、モータ１７の回転角や、その他アイドルスイッチ、ブレーキスイッチ、車速、エンジン回転速度等の各種エンジン運転情報を入力し、可変バルブリフト機構制御機能としてモータ１７の作動制御を行うとともに、自動停止再始動制御機能としてスタータモータ３２、燃料噴射弁３３、点火装置３４の作動を制御する。

詳しくは、ＥＣＵ３０は、自動停止再始動制御機能として、所定の停止条件（アイドルストップ条件）、例えばキースイッチ３１、ブレーキスイッチがオン、車速が所定車速以下、エンジン回転速度が所定回転数以下ならびにアイドル状態である場合に、燃料噴射弁３３からの燃料噴射を停止してエンジン１の運転を自動停止させる（自動停止手段）。また、ＥＣＵ３０は、当該自動停止（アイドルストップ）時に、所定の始動条件、例えばブレーキ操作解除によりブレーキスイッチがオフとなった場合に、スタータモータ３２及び点火装置３４を作動させてエンジン１を再始動させる。

図２は、本実施形態のエンジン１のバルブタイミングを示すグラフである。詳しくは、図２は、吸気バルブ１３及び排気バルブのリフト量の推移を示している。
図２に記載のように、上記可変バルブリフト機構２を備えたエンジン１では、吸気バルブ１３のバルブタイミング（リフト量及び閉弁時期の設定）が、吸気バルブ１３の閉弁時期が下死点（ＢＤＣ）より進角し最小リフト量となる第１吸気制御状態から、吸気バルブ１３の閉弁時期が下死点（ＢＤＣ）より遅角し最大リフト量となる第２吸気制御状態までの間で連続的に可変設定可能である。

第１吸気制御状態では、実圧縮比が最も小さくなる。第２吸気制御状態では、吸気バルブ１３の閉弁時期が下死点（ＢＤＣ）付近である状態より実圧縮比は低下するものの、リフト量の増加により第１吸気制御状態よりは実圧縮比は高くなる。
更に、本実施形態では、ＥＣＵ３０は、このような可変バルブリフト機構２の制御とともにスロットル弁２２の開度（スロットル開度）を合わせて制御する。特に、第１吸気制御状態においてはスロットル開度を大きくし、第２吸気制御状態においてはスロットル開度を小さくするようにスロットル弁２２を制御することで、いずれのリフト量であってもアイドル運転が可能となっている。

また、ＥＣＵ３０は、ブレーキブースタ２６内の負圧と関連させて、自動停止再始動制御機能における自動停止の可否を判定する。以下、図３及び図４を用いてその詳細を説明する。
自動停止の可否判定は、エンジン１の特性によって異なる制御が行われる。詳しくは、可変バルブリフト機構２によるバルブタイミングの設定、即ち吸気バルブ１３のリフト量を第１吸気制御状態に設定したときに、所定の踏力でブレーキ性能を十分に確保できる程度まで、ブレーキブースタ２６内の負圧（ブレーキ負圧）が大きく得られるエンジンでは、図３に示す自動停止の可否判定を行う。リフト量を第１吸気制御状態に設定したときに、所定の踏力でブレーキ性能が十分に確保できる程度まで、ブレーキ負圧が大きく得られないエンジンでは、図４に示す自動停止の可否判定を行う。

図３は、第１吸気制御状態でブレーキ負圧が十分に得られるエンジンにおける、自動停止の可否判定の制御要領を示すフローチャートである。
ＥＣＵ３０は、キースイッチオン時に図３に示すルーチンを繰り返し行う。
まず、ステップＳ１０では、車両の運転情報より車速が所定値Ｘ以下であるか否かを判別する。この所定値Ｘは、自動停止再始動制御機能による自動停止の条件の１つであって、適宜設定すればよい。車速が所定値Ｘ以下である場合には、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、アイドル運転状態であるか否かを判別する。アイドル運転状態か否かは、ＥＣＵ３０におけるエンジン１の制御情報から得られる。アイドル運転状態である場合にはステップＳ３０に進む。
ステップＳ３０では、回転角センサ２０からモータ１７の回転角を入力し、現在の可変バルブリフト機構２にて設定されている吸気バルブ１３のリフト量が所定量Ｌ以下であるか否かを判別する。この所定量Ｌは、リフト量が最も小さくなる第１吸気制御状態付近であるか否かを判別可能なように設定すればよい。リフト量が所定量Ｌ以下である場合には、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０では、負圧センサ２９によりブレーキ負圧を検出し、所定圧Ｙ（第１の所定圧）以上であるか否かを判別する。所定圧Ｙは、所定の踏力でブレーキ性能が十分に得られる値に設定すればよい。ブレーキ負圧が所定圧Ｙ以上である場合には、ステップＳ５０に進む。
ステップＳ５０では、自動停止再始動制御機能における自動停止制御を実行する。具体的には、燃料噴射弁３３からの燃料噴射を停止させて、エンジン１を停止させる。そして、本ルーチンをリターンする。

ステップＳ４０において、ブレーキ負圧が所定圧Ｙ未満であると判定された場合には、ステップＳ６０に進む。
ステップＳ６０では、ブレーキ負圧が所定圧Ｙ以上となるように、エンジン１を一定時間運転させる。そして、ステップＳ４０に戻る。
また、ステップＳ１０において車速が所定値Ｘより大きいと判定された場合、ステップＳ２０においてアイドル運転状態ではないと判定された場合、またはステップＳ３０においてバルブリフト量の設定が所定量Ｌ以下でないと判定された場合には、本ルーチンをリターンする。

以上のように本実施形態では、自動停止及び再始動時に吸気バルブ１３のリフト量を低下させることで実圧縮比を低下させるので、エンジン１の回転速度やトルクの変動が抑えられる。特に、リフト量を低下させることで実圧縮比を低下させ、リフト量が所定量以下の場合に自動停止を許可するので、自動停止時に吸気マニホールド２３内の圧力の変動を抑え、吸入空気量の変動を抑制することができる。したがって、エンジン１の回転速度やトルクが確実に安定して、乗員に違和感のない安定した自動停止及び再始動を可能にすることができる。

また、自動停止が許可される第１吸気制御状態付近では、吸気バルブ１３の閉弁時期が吸気下死点より進角するので、実圧縮比がより低くかつポンピングロスが少なくなり、自動停止による燃費低減効果をより向上させることができる。
更に、本実施形態では、車速が所定値Ｘ以下、及びアイドル運転状態であるといった自動停止条件成立時において、吸気バルブ１３のリフト量が所定量Ｌ以下の低い設定であってかつブレーキ負圧がＹ以上である場合にのみ自動停止が許可される。したがって、自動停止時には常にブレーキ負圧が所定圧Ｙ以上となるので、自動停止時においてブレーキの作動を安定化し確実な停車を維持することができる。

更に、ブレーキ負圧が所定圧Ｙ未満である場合には、他の自動停止条件が成立していても一定時間エンジン１が継続して運転されるので、ブレーキ負圧が増加する。したがって、ブレーキ負圧不足による自動停止の規制を解消し、自動停止の頻度を増加させることができ、燃費低減効果を高めることができる。
図４は、第１吸気制御状態においてブレーキ負圧を十分に得られないエンジンでの、自動停止の可否判定の制御要領を示すフローチャートである。

ＥＣＵ３０は、キースイッチオン時に図４に示すルーチンを繰り返し行う。
本ルーチンのステップＳ１０〜Ｓ５０までの制御は、図３に示すルーチンと同一であるので、説明を省略する。
ステップＳ４０において、ブレーキ負圧が所定圧Ｙ未満であると判定された場合には、ステップＳ１００に進む。

ステップＳ１００では、バルブリフトアップ運転でのアイドル運転が可能であるか否かを判定する。詳しくは、吸気バルブ１３のリフト量を第２吸気制御状態まで増加させ、これに伴い上記のようにスロットル開度を減少させた状態で、アイドル運転が可能であるか否かを判別する。アイドル運転が可能であれば、ステップＳ１１０に進む。
ステップＳ１１０では、吸気バルブ１３のリフト量を第２吸気制御状態まで増加させ、スロットル弁２２の開度を減少させてバルブリフトアップ運転を実施する。そして、ステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１２０では、負圧センサ２９によりブレーキ負圧を検出し、所定圧Ｙ以上であるか否かを判別する。ブレーキ負圧が所定圧Ｙ以上である場合には、ステップＳ１３０に進む。
ステップＳ１３０では、吸気バルブ１３のリフト量を第１吸気制御状態に設定し、低バルブリフトでのアイドル運転を実施する。そして、ステップＳ５０に進む。

また、ステップＳ１０において車速が所定値Ｘより大きいと判定された場合、ステップＳ２０においてアイドル運転状態ではないと判定された場合、またはステップＳ３０において吸気バルブ１３のリフト量の設定が第１吸気制御状態でないと判定された場合、またはステップＳ１００においてバルブリフトアップ運転でのアイドル運転が可能でないと判定された場合には本ルーチンをリターンする。

以上のように制御することで、本実施形態では、ブレーキ負圧が所定圧Ｙ未満である場合に、可能であればバルブリフトアップ運転、即ち吸気バルブ１３のリフト量を増加させてエンジン１を運転させ、ブレーキ負圧を積極的に増加させる。したがって、ブレーキ負圧を迅速に所定圧Ｙ以上に上昇させて自動停止を可能とすることで、自動停止時間を多く確保し、燃費低減効果をより高めることができる。

図５は、アイドルストップ時にブレーキ負圧検出値に従い再始動の可否判定の制御要領を示すフローチャートである。運転者のブレーキペダルの操作や圧力の漏れなどにより、ステップＳ７０において、ブレーキ負圧が所定圧Ｚ（第２の所定圧）より小さい負圧未満に変化したと判定された場合には、ステップＳ８０に進む。
ステップＳ８０では、自動停止再始動制御機能における再始動制御を実行する。具体的には、クランキングを実施し、エンジン１を起動させる。そして、本ルーチンをリターンする。

ここで、ステップＳ７０での所定圧Ｚを前述の所定圧Ｙと同じ値としてもよいが、所定圧Ｙよりも小さい負圧に設定することで、不必要な再始動や停止の回数を軽減させて、燃費低減効果をより高めることができる。また、始動に関る部品の耐久性の向上や運転者への違和感の軽減ともなる。
また、パーキングブレーキ作動時は再始動しない設定にすることもできる。

なお、以上の実施形態では、ステップＳ３０において、吸気バルブ１３のリフト量が第１吸気制御状態付近であるか否かを判別しているが、これは、アイドル時のリフト量は一定の値に設定されているのではなく、燃焼安定性を考慮して微調整されるので、気圧等の運転環境によってはアイドル時にリフト量が若干変動する場合があるためである。このように閾値である所定量Ｌを最小値ではなくその付近として範囲を持たせることで、安定したアイドル運転を維持しつつ自動停止の頻度を増加させることができ、更なる燃費向上を図ることができる。また、本実施形態では、リフト量を回転角センサ２０により求めているが、モータ１７の制御値から求めてもよい。更には、モータ１７の制御値だけでなく、マニホールド圧力、スロットル開度を総合して判定するとよい。このようにすれば、上記のようにアイドル時にリフト量を微調整する場合でも、モータ１７の制御値が求められた時点で微調整する前にリフト量を推定でき、ステップＳ３０における判定を迅速にして、自動停止を許可するタイミングを早め、更なる自動停止時間の確保を図ることができる。

１ エンジン
２ 可変バルブリフト機構
１３ 吸気バルブ
２２ スロットル弁
２６ ブレーキブースタ
２９ 負圧センサ
３０ ＥＣＵ

Claims (5)

1. 吸気弁のリフト量を可変する可変動弁機構と、前記吸気弁の上流側に設けられ吸気通路の開口面積を可変するスロットル弁と、内燃機関を自動停止する自動停止手段とを備えた内燃機関の制御装置において、
   所定の運転状態に対し少なくとも前記吸気弁のリフト量が所定量以下で前記スロットル弁の開度が所定開度より大きい第１吸気制御状態と、前記吸気弁のリフト量が前記所定量より大きく前記スロットル弁の開度が前記所定開度以下となる第２吸気制御状態とを有し、
   予め定められた車両状態となる前記内燃機関の停止条件が成立したとき、前記吸気弁のリフト量が所定量以下の場合に前記自動停止手段により内燃機関を自動停止することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. ブレーキブースタの負圧を検出する負圧検出手段を備え、
   前記停止条件が成立し、且つ前記吸気弁のリフト量が所定量以下のとき、前記負圧検出手段にて検出した負圧が第１の所定圧以下の場合には、前記負圧が第１の所定値を超えるまで前記自動停止手段による内燃機関の自動停止を禁止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. 前記停止条件が成立し、前記吸気弁のリフト量が所定量以下で、且つ前記負圧検出手段にて検出した負圧が所定圧以下の場合には、前記吸気弁と前記スロットル弁を前記第２吸気制御状態とし、前記負圧検出手段の検出値が第１の所定圧を超えたとき前記吸気弁と前記スロットル弁を前記第１吸気制御状態することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記可変動弁機構は、吸気弁の閉弁時期が前記第１吸気制御状態では吸気下死点より進角され、かつ、前記第２吸気制御状態の閉弁時期よりも進角となることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記内燃機関の自動停止中に前記負圧検出手段にて検出した負圧が第２の所定圧以下になった場合、前記内燃機関を始動することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の内燃機関の制御装置。

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