JP2013068130A - 内燃機関の再始動制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも低コストで製造することができる内燃機関の再始動制御システムを提供する。
【解決手段】停止要求が発生したときには、ＥＣＵ７は各気筒２の筒内圧力センサ３の測定値をクランク回転センサ５が検出したパルスと対応させて連続的に取得するとともに、そのパルス値を各気筒２毎に連続的に加算して積算値を求め、次いでカム回転センサ６の検出と連動させて積算値を処理することで各気筒２を判別し、次いで筒内圧力センサ３の測定値を基にして各気筒２の逆転を検出することで、エンジン完全停止時における気筒２の状態を判別して、再始動要求の発生後に最初に圧縮行程になる気筒２に対して噴射ノズル４から燃料を噴射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の再始動制御システムに関し、更に詳しくは、従来よりも低コストで製造することができる内燃機関の再始動制御システムに関する。

近年、自動車のエンジンには、燃費の低減及び排気ガスによる環境悪化の防止の観点から、停車時においてエンジンを自動停止し、かつ発車時にエンジンを自動で再始動させる、いわゆるアイドリングストップ機構が搭載されるようになっている（例えば、特許文献１を参照）。

このようなアイドリングストップ機構においては、スタータによりクランキングされてエンジンが始動するときに、自動車に装備されているＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）などによって、クランク回転センサ及びカム回転センサの情報からエンジンの各気筒の状態を判別して、それぞれの気筒に燃料噴射するという制御が行われている。この制御においては、エンジンの再始動時にドライバーに違和感（もたつき感）を与えることがないように、気筒の判別を正確かつ素早く行うことが求められている。そのためには、エンジン停止時におけるクランクの停止位置を検出することで、エンジンの再始動時の気筒の判別を回転開始直後から行って、燃料噴射を最初の圧縮気筒から行うようにすればよい。

このような制御を可能とするために、従来から逆転検出機能付きクランク角センサが、自動車に装備されるようになっている。この逆転検出機能付きクランク角センサは、検出エレメントを２個内蔵し、それらの出力の位相差から正転と逆転とを判別し、正転逆転信号を出力することで気筒状態の正確な把握を可能にするものである。

また、エンジンの燃焼を安定させる装置として、筒内圧力センサを搭載して燃料噴射量の制御をきめ細かく行うというものがある。例えば、特許文献２は、筒内圧力情報から気筒ごとの燃焼バラつきを測定し、気筒ごとの燃料噴射量を補正して回転変動を抑制することを提案している。

このように近年のエンジンでは、排ガス抑制や燃費低減を目的として、それらの機能やアイドリングストップといった様々な装置が搭載されて来ており、必要なセンサが増えてきていてコストアップとなっている。

そのため発明者は、燃料噴射制御の高精度化に利用した筒内圧力センサを流用することで、アイドリングストップシステムに必要な逆転検出機能付きクランクセンサを不要とし、かつトータルコストを低減する本発明を完成するに至ったものである。

特許４２１４４０１号公報 特開２０１１−５２６１６号公報

本発明の目的は、従来よりも低コストで製造することができる内燃機関の再始動制御システムを提供することにある。

上記の目的を達成する本発明の内燃機関の再始動制御システムは、エンジンの運転中に発生した停止要求によりエンジンへの燃料供給を停止し、エンジン停止後の再始動要求によりスタータを起動させて、エンジンのクランク軸を回転駆動する内燃機関の再始動制御システムであって、前記エンジンの各気筒内の圧力を測定する筒内圧力センサと、それら各気筒内に燃料を噴射する噴射ノズルと、クランク角のパルスを検出するクランク回転センサと、カムシャフトの回転パルスを検出するカム回転センサと、制御手段とを備え、前記制御手段は、停止要求が発生したときには、前記筒内圧力センサの測定値を前記クランク回転センサが検出したパルスと対応させて連続的に取得するとともに、そのパルス値を前記各気筒毎に連続的に加算して積算値を求め、前記カム回転センサが回転パルスを検出したときに、その積算値を初期値にリセットし、その積算値が所定値に達したときには０にリセットすることで気筒判別を行い、前記筒内圧力センサの微分値が０になったときに、その積算値が０±１の範囲にない場合には、前記クランク回転センサが検出した回転パルスの加算を停止して減算を、又は減算を停止して加算を、それぞれ開始することを、前記クランク回転センサがパルスを検出しなくなるまで繰り返し、再始動要求が発生したときには、その積算値から再始動要求時に最初に圧縮行程になる気筒を判別し、その判別された気筒に対して燃料を噴射し、その後に前記カム回転センサが回転パルスを検出したときには前記気筒判別に戻ることを特徴とするものである。

上記の内燃機関の再始動制御システムにおいては、通常走行時に前記気筒の圧力がピークとなるクランク角に基づいて、前記クランク回転センサが測定したパルスの位相を補正する。

また、エンジンの気筒の数が４個の場合には、初期値を気筒の噴射順に９７、６７、３７、７とするとともに、所定値を７２０とするのが良い。

本発明の内燃機関の再始動制御システムは、一般の内燃機関に適用することができる。

本発明の内燃機関の再始動制御システムによれば、逆転検出機能付きクランク角センサを用いることなく、既存の機器によりエンジンの再始動時の気筒の判別を回転開始直後から行うことができるため、従来よりも低コストで内燃機関の再始動制御システムを製造することができる。

本発明の実施の形態からなる内燃機関の再始動制御システムの構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態からなる内燃機関の再始動制御システムの機能を説明するフロー図である。 気筒判別処理における各データの経時変化を示すグラフである。 逆転検知処理における気筒状態の経時変化を示すグラフである。 １番気筒における積算値の経時変化の例を示すグラフである。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態の内燃機関の再始動制御システムの構成を示す。

この内燃機関の再始動制御システムは、内燃機関であるエンジン１の各気筒２の筒内圧力をそれぞれ測定する筒内圧力センサ３と、それぞれの気筒２内に燃料を噴射する噴射ノズル４と、クランク軸のクランク角を測定するクランク回転センサ５と、カムシャフトの回転角度を測定するカム回転センサ６と、制御手段であるＥＣＵ７とから主に構成されている。

ＥＣＵ７には、筒内圧力センサ３、噴射ノズル４、クランク回転センサ５及びカム回転センサ６が、それぞれに信号線８ａ〜８ｄを通じて接続している。通常運転時においては、ＥＣＵ７はクランク回転センサ５及びカム回転センサ６の測定値から各気筒２の行程を判別し、運転状況に応じたタイミングでコモンレール９内の燃料を噴射ノズル４から気筒２内へ噴射させる。

また、エンジン１の各気筒２（図１の例では４個）は、１番気筒２ａ→３番気筒２ｃ→４番気筒２ｄ→２番気筒２ｂの順に燃料が自着火するようになっている。それらの気筒２に対して、吸気通路１０に接続する吸気マニホールド１１と、排気通路１２へ接続する排気マニホールド１３とが連通している。

このような構成を有する再始動制御システムにおいて、エンジン１の停止要求が発せられ、エンジンが完全停止した後に再始動要求が発せられた場合におけるＥＣＵ７の機能を、図２に示すフロー図に基づいて以下に説明する。

ＥＣＵ７の機能は、筒内圧力処理、気筒判別処理及び逆転検出処理の３つの連続する処理に大きく分けられる。

（１）筒内圧力処理
ＥＣＵ７は、エンジンの停止要求の発生（Ｓ１０）を受けると、エンジン１への燃料供給を停止する。そして、各気筒２の筒内圧力センサ３の測定値を、クランク回転センサ５が検出したパルスと対応させて連続的に取得する（Ｓ２０）。例えば、６度毎にパルスを発生させるクランク回転センサ５（電磁ピックアップやホール素子など）を利用してＥＣＵ７内部で１度毎のサンプリング信号を生成し、筒内圧力のサンプリング処理を行うようにする。

なお、一定時間毎にサンプリングされた筒内圧力センサ３の測定値及びクランク回転センサ５の検出値から、一定時間毎にサンプリングされた筒内圧力に不定間隔の角度情報を対応させることで、一定角度でサンプリングしないようにすることもできる。

このとき、ＥＣＵ７内に取り込まれた筒内圧力センサ３の信号は、ローパスフィルタによりノイズがカットされる。このローパスフィルタによる位相遅れを回避するために、移動平均フィルタやゼロ位相フィルタを利用することが好ましい。なお、所望するカットオフ周波数を維持するために、エンジン回転速度の違いでフィルタ係数を変更する場合がある。

また、筒内圧力センサ３の特性によっては、絶対圧力のドリフトが生じる可能性があるため、吸気マニホールド１１に設置されたインマニ圧力センサ１４が測定する上死点前１８０度付近でのインマニ圧力を用いて、各気筒２の筒内圧力センサ３を補正することが好ましい。

（２）気筒判別処理
ＥＣＵ７は、クランク回転センサ５が検出したパルス値を、各気筒２毎に連続的に加算して積算値を求める（Ｓ３０）。

カム回転センサ６が回転パルスを検出したときには、積算値を初期値にリセットしてから加算を再開する（Ｓ４０〜Ｓ５０）。そして、積算値が上死点に対応する所定値に達したときには、積算値を０にリセットする（Ｓ６０〜Ｓ７０）。

ここで、実際に気筒２のピストンが最大位置にくる上死点の位相（角度）と、ＥＣＵ７内部での上死点の位相（角度）とは、クランク回転センサ５の取付け精度、クランクのパルス発生の精度などの影響、あるいはクランク軸、コンロッドやピストンピンの組付け精度の影響などから、気筒２毎に又はエンジン１毎にズレが生じる可能性がある。そこで、通常走行時における筒内圧力の最大値を上死点として代用することが考えられる。具体的には、通常走行の減速時などの筒内圧力データから、筒内圧力のピーク位置（角度）を算出し、ＥＣＵ７が取り込んだ角度とのズレ量を算出して補正する。このとき、熱の収支やガスの漏洩により、エンジン回転速度の違いで筒内圧力のピーク位置（角度）がズレるため、通常走行の減速時などにエンジン回転速度毎（例えば２００ｒｐｍ毎）に上死点のズレを測定しておき、ＥＣＵ７のメモリに格納しておく。

図３に、気筒判別処理の例を示す。

この例では、１番気筒２ａのクランク角を０度としている。カム軸上の１回転毎に検出される目印（凹凸）は、クランク角では２回転に１回検出される。また、クランク回転センサ５は、６度毎にパルスを発生するようになっている。ＥＣＵ７は、各気筒２のクランクのパルスをカウントしてクランク角を認識する。

カム回転センサ６が回転パルスを検出すると、ＥＣＵ７内の各気筒２の積算値が初期値にリセットされる。この例では、初期値を気筒２の噴射順に１番気筒２ａ：９７、３番気筒２ｃ：６７、４番気筒２ｄ：３７、２番気筒２ｂ：７としている。そして、各気筒２の積算値が所定値である７２０に達したときが上死点に相当し、そのとき積算値は０にリセットされる。各気筒２のクランク角は、これらの積算値に６度を乗じることにより算出される。

（３）逆転検出処理
ＥＣＵ７は、筒内圧力センサ３及び上記の積算値に基づいて、気筒の逆転の有無を検出する。それは次の理由によるものである。

図４に、停止要求の発生（Ｓ１０）を受けての燃料供給停止後における、エンジン回転速度の変化と、各気筒２の筒内圧力の変化との実測データを示す。この図４から分かるように、燃料供給停止後の時刻１秒手前までは、１番気筒２ａ→３番気筒２ｃ→４番気筒２ｄ→２番気筒２ｂの順で圧縮される気筒２が変化し、上昇した筒内圧力のポンピングの力によりエンジン回転速度が減少する。

しかし、時刻１秒あたりで開始された１番気筒２ａの圧縮は、圧縮の反力により圧縮上死点に到達せずに逆転（エンジン回転速度が負になる）が生じる。このことは、１番気筒２ａの次に筒内圧力が上昇する気筒２が２番気筒２ｂとなっていることからも判断できる。このため、気筒状態を正確に把握するには、気筒２の逆転を考慮する必要がある。

気筒２の上死点は、図３から分かるように、積算値が０になる時点である。通常運転時であれば、筒内圧力がピークになる時点と、積算値が０になる時点とは一致するが、両者がズレる場合には、その時点で逆転が生じていると考えて良い。

具体的にＥＣＵ７は、筒内圧力センサ３の微分値が０になったときに、クランク角１度毎のサンプリング時に積算値が０±１の範囲にない場合には、気筒２の逆転が発生したものと判断して、クランク回転センサ５が検出したパルスの加算を停止して減算を開始する（Ｓ８０〜Ｓ９０）。その後に、再び筒内圧力センサ３の微分値が０になったときに積算値が０±１の範囲にない場合には、減算を停止して加算を開始する（Ｓ８０〜Ｓ９０）。このような加算から減算、又は減算から加算への切替を、クランク回転センサ５がパルスを検出しなくなるまで繰り返す（Ｓ１００）。このときの積算値の結果は、ＥＣＵ７のメモリに格納しておく。

再始動要求が発せられたときには（Ｓ１１０）、スタータ（図示せず）を回転駆動させる（Ｓ１２０）。そして、このＥＣＵ７のメモリに格納された積算値を参照して、停止したクランク角度から、次回のスタータによるクランキング時に最初に圧縮する気筒２を判別し（Ｓ１３０）、その気筒２に対して燃料噴射を行う（Ｓ１４０）。

図５に１番気筒２ａの積算値の例を示す。１番気筒２ａの積算値の最終値は、約６５０度（１番気筒２ａの上死点７０度前）である。最初に圧縮上死点（積算値＝０）をとる気筒２は、１番気筒２ａであり、その１番気筒２ａに対して燃料を噴射する。

その後、カム回転センサ６が回転パルスを認識したら、カムシャフトとクランク角とによる気筒判別（Ｓ４０〜Ｓ７０）に移行する。

以上のように、逆転検出機能付きクランク角センサを用いることなく、既存の機器である筒内圧力センサ３、クランク回転センサ５及びカム回転センサ６により、エンジン１の再始動時の気筒２の判別を回転開始直後から行うことができるため、逆転検出機能付きのクランク角センサが不要なシステムでも気筒判別を素早く行うことができるシステムを構築することができる。

本発明の内燃機関の再始動制御システムの用途は、上述したような自動車用のエンジン１に限るものではなく、一般の内燃機関にも適用することができる。

１ エンジン
２ 気筒
３ 筒内圧力センサ
４ 噴射ノズル
５ クランク回転センサ
６ カム回転センサ
７ ＥＣＵ
８ａ〜８ｄ 信号線
９ コモンレール
１０ 吸気通路
１１ 吸気マニホールド
１２ 排気通路
１３ 排気マニホールド
１４ インマニ圧力センサ

Claims (4)

1. エンジンの運転中に発生した停止要求によりエンジンへの燃料供給を停止し、エンジン停止後の再始動要求によりスタータを起動させて、エンジンのクランク軸を回転駆動する内燃機関の再始動制御システムであって、
   前記エンジンの各気筒内の圧力を測定する筒内圧力センサと、それら各気筒内に燃料を噴射する噴射ノズルと、クランク角のパルスを検出するクランク回転センサと、カムシャフトの回転パルスを検出するカム回転センサと、制御手段とを備え、
   前記制御手段は、停止要求が発生したときには、前記筒内圧力センサの測定値を前記クランク回転センサが検出したパルスと対応させて連続的に取得するとともに、そのパルス値を前記各気筒毎に連続的に加算して積算値を求め、
   前記カム回転センサが回転パルスを検出したときに、その積算値を初期値にリセットし、
   その積算値が所定値に達したときには０にリセットすることで気筒判別を行い、
   前記筒内圧力センサの微分値が０になったときに、その積算値が０±１の範囲にない場合には、前記クランク回転センサが検出した回転パルスの加算を停止して減算を、又は減算を停止して加算を、それぞれ開始することを、前記クランク回転センサがパルスを検出しなくなるまで繰り返し、
   再始動要求が発生したときには、その積算値から再始動要求時に最初に圧縮行程になる気筒を判別し、その判別された気筒に対して燃料を噴射し、
   その後に前記カム回転センサが回転パルスを検出したときには前記気筒判別に戻ることを特徴とする内燃機関の再始動制御システム。
2. 通常走行時に前記気筒の圧力がピークとなるクランク角に基づいて、前記クランク回転センサが測定したパルスの位相を補正する請求項１に記載の内燃機関の再始動制御システム。
3. 前記気筒の数が４個であって、前記初期値を前記気筒の噴射順に９７、６７、３７、７とするとともに、前記所定値を７２０とする請求項２又は３に記載の内燃機関の再始動制御システム。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の再始動制御システムを備えた内燃機関。

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