JP4379325B2

JP4379325B2 - 車両の制御装置

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Publication number: JP4379325B2
Application number: JP2004363307A
Authority: JP
Inventors: 卓二川田; 誠二定平; 宣英瀬尾; 明竹本; 正典松下; 敬平若山
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2024-12-15
Also published as: JP2006170068A

Description

本発明は、所定の自動停止条件が成立したときにエンジンを自動停止させ、その後、所定の再始動条件が成立したときに再始動させるように構成された車両の制御装置に関するものである。

近年、燃費低減及びＣＯ₂排出量の抑制等を図るため、アイドル運転時等に所定の自動停止条件が成立したときに燃料供給を停止してエンジンを自動的に一旦停止させ、その後に運転者により車両の発進操作が行われる等の再始動条件が成立した時点で、エンジンを自動的に再始動させるようにしたエンジンの自動停止制御（いわゆるアイドルストップ制御）の技術が開発されている。

この種のアイドルストップ制御においては、エンジン停止後における再始動性能を向上すべく、エンジン停止時に膨張行程となる気筒（以下、膨張行程気筒と称す）に対してエンジン停止前に予め燃料を噴射しておき（以下、停止前噴射と称す）、この燃料を再始動時に燃焼させることも行われている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３４２８７６号公報（特に〔０１８３〕段落及び〔図２３〕）

ところで、上記アイドルストップ制御に係る技術として、エンジンの出力軸を駆動させる再始動モータをさらに設け、この再始動モータを再始動条件成立時に作動状態とすることにより、エンジンの再始動をアシストする技術も提案されている。上記再始動モータは、車両に搭載されたバッテリの電力供給により上記出力軸を駆動させる作動状態と、当該出力軸に対する駆動連結を解除するニュートラル状態と、上記出力軸からの逆作動により発電して上記バッテリに充電する発電状態とを切換可能に構成されている。

そして、本願出願人は、上記燃料供給の停止後、エンジンの停止前（すなわち、自動停止期間中）に、上記再始動モータを作動状態とする以下２つの制御方法に想到した。

１）上記燃料供給の停止後に再始動モータを作動状態として出力軸を駆動することによりエンジン回転数を所定の回転数に維持する制御。

この制御によれば、エンジン停止前に気筒内の掃気を行うことができるので、エンジンの再始動時の燃焼不良等を抑制して、再始動性能を向上させることができる。

２）燃料供給を停止後、エンジンが惰性で回転している期間中に、上記再始動モータを上記作動状態、ニュートラル状態又は発電状態の何れかに切り換えることにより出力軸に対する駆動力又は負荷を調整して、ピストンを予め設定された位置に停止させる制御。

この制御によれば、上記膨張行程気筒について、そのピストンを再始動時の点火に適した位置（例えば、下死点寄りの位置）で停止させることができるので、上記停止前噴射された燃料により生成された混合気の点火による出力を効果的に発揮させることができ、再始動性能を向上させることができる。

しかしながら、上記１及び２の何れの制御であっても、これらの制御を無条件に実行すると、バッテリの残量によっては、当該バッテリの過充電又は残量不足を引き起こすおそれがあった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、バッテリの残量を適正に維持しながら再始動性能を向上させることができる車両の制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明は、バッテリの電力供給によりエンジンの出力軸を駆動させる作動状態と、当該出力軸に対する駆動連結を解除するニュートラル状態と、上記出力軸からの逆作動により発電して当該電力を上記バッテリに充電する発電状態とを切換可能な再始動モータを備えた車両において、エンジンのアイドル運転状態で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燃料供給を停止させてエンジンを自動停止させるとともに、エンジンの自動停止時に少なくとも膨張行程となる気筒に対してエンジンの停止直前に燃料を噴射させる一方、エンジンの自動停止後に予め設定された再始動条件が成立したときに、上記再始動モータを上記作動状態として上記出力軸を駆動させるとともに、上記停止直前の燃料噴射により生成された混合気に点火してエンジンを再始動させる車両の制御装置であって、上記燃料供給の停止後、所定時間にわたり上記再始動モータを作動状態として上記出力軸を駆動させる一方、上記所定時間の経過後、上記膨張行程となる気筒におけるエンジン停止時のピストン位置が予め設定された停止位置となるように上記再始動モータを作動状態、ニュートラル状態又は発電状態の何れかに切り換えることにより出力軸に対する駆動力又は負荷を調整するモータ制御手段を備え、上記バッテリの残量を検出する残量検出手段の検出結果に基づいて、上記バッテリの残量が予め設定された上限値よりも多い場合に、当該残量が上記上限値よりも少ない場合と比較して、上記所定時間が長く設定されるように、上記モータ制御手段による再始動モータの駆動制御の態様を変化させるものである。

本発明によれば、バッテリの残量に応じてモータ制御手段による駆動制御の態様を変化させることができるので、当該バッテリの過充電又は残量不足を抑制しなから、再始動モータを上記所定時間駆動することにより気筒内の掃気を促進させる、又はエンジン停止時に膨張行程となる気筒（以下、膨張行程気筒と称す）のピストンを予め設定された停止位置（例えば、再始動に適した下死点寄りの位置）に停止させることができる。

したがって、本発明によれば、バッテリ残量を適正に維持しながら、上記掃気によって再始動時の混合気の燃焼不良を抑制する、又はエンジンの停止前に噴射（以下、停止前噴射と称す）された燃料により生成された混合気の点火による出力を効果的に発揮させることにより再始動性能を向上させることができる。

具体的に、上記駆動制御の態様としては、上記バッテリの残量が予め設定された上限値よりも多い場合に、当該残量が上記上限値よりも少ない場合と比較して、上記所定時間を長く設定することとしている。

したがって、上記上限値よりもバッテリの残量が多い場合に、再始動モータの駆動時間を長くすることにより、バッテリの残量を減らすことができるので、当該所定時間の経過後に実行される上記ピストン停止位置の調整時において、再始動モータを発電状態とした場合にバッテリが過充電となるのを抑制することができ、当該バッテリの残量を適正に維持することができる。

さらに、上記駆動制御の態様としては、所定時間の経過後にバッテリ残量が比較的少ない場合には、上記ピストン停止位置の調整のための制御を停止させるようにしてもよいが、上記所定時間の経過後に上記バッテリの残量が予め設定された下限値よりも少ない場合には、上記再始動モータをニュートラル状態又は発電状態の何れかに切り換えることにより出力軸に対する負荷のみを調整して、上記膨張行程となる気筒のピストンの停止位置を調整することが好ましい。

この構成によれば、上記所定時間の経過後にバッテリ残量が上記下限値よりも少ない場合に、上記再始動モータをニュートラル状態又は発電状態の何れかにしているので、バッテリの電力を消費しないだけでなく必要に応じて充電しながら、ピストン停止位置を調整することができ、より確実にバッテリの残量不足を抑制することができる。

本発明によれば、バッテリの残量を適正に維持しながら再始動性能を向上させることができる。

図１及び図２は、本発明の実施形態によるエンジンの概略構成を示している。これらの図において、エンジン本体１には、気筒２が配設され、各気筒２には、ピストン３が嵌挿されることにより、その上方に燃焼室４が形成されている。上記ピストン３は、図外のコンロッドを介してクランクシャフト５に連結されている。

上記気筒２の燃焼室４には、その頂部に点火プラグ１３が装備されているとともに、吸気ポート６及び排気ポート７が開口し、この吸気ポート６には、燃料噴射弁８が設けられている。この燃料噴射弁８は、図外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、このパルス入力時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吸気ポート６に噴射するように構成されている。

上記吸気ポート６及び排気ポート７には、吸気弁６ａ及び排気弁７ａがそれぞれ装備されている。これらの吸気弁６ａ及び排気弁７ａは、カムシャフト等を有する動弁機構により駆動されるようになっている。そして、各気筒２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２の吸気弁６ａ及び排気弁７ａの開閉タイミングが設定されている。

上記吸気ポート６及び排気ポート７には、吸気通路９及び排気通路１０が接続されている。この吸気通路９には、ロータリバルブからなるスロットル弁１２が配設されている。このスロットル弁１２は、アクチュエータ１２ａにより駆動されるようになっている。また、エンジン本体１のクランクシャフト５に対し、その回転角を検出するクランク角センサ１４が設けられている。

図２に示すように、上記クランクシャフト５には、その一端部にエンジン本体１の回転を変速して車輪１５に伝達するトランスミッション１６が配設されているとともに、他端部にエンジンの再始動装置が配設されている。この再始動装置は、車両に搭載されたバッテリ１８からインバータ１９を介して供給された電力により回転駆動される再始動モータ２０と、この再始動モータ２０の駆動力をクランクシャフト５に伝達するチェーン又はベルトを有する動力伝達機構２１とを有している。上記再始動モータ２０は、内蔵された図略のクラッチにより、上記バッテリ１８からの供給電力により上記クランクシャフト５を駆動させる作動状態、上記クランクシャフト５に対する駆動連結を解除したニュートラル状態、又は上記クランクシャフト５からの逆作動により発電して上記バッテリ１８に充電する充電状態の何れかの状態に切換可能とされている。

そして、上記再始動装置は、エンジンの再始動時に後述するＥＣＵ（エンジンコントロールユニット：図３参照）３０から出力される制御信号に応じ、上記再始動モータ２０が上記作動状態となってクランクシャフト５を回転駆動し、上記ニュートラル状態となってクランクシャフト５に対する負荷を解除し、上記発電状態となって発電してこの電力を上記バッテリ１８に充電するように構成されている。また、上記再始動モータ２０には、その回転角を検出する回転角センサ２２が設けられている。

上記ＥＣＵ３０には、図３に示すように、アクセルペダルの踏込状態を検出するアクセルセンサ３２と、シフトレバーの操作位置を検出するシフトポジションセンサ３３、運転者によるイグニッションキーの操作に応じてＯＮ又はＯＦＦ操作されるイグニッションスイッチ３４、ブレーキペダルの踏込状態を検出するブレーキスイッチ３５又は、バッテリ残量を検出するバッテリ残量センサ３６からそれぞれ出力される各検出信号が入力されるようになっている。

また、上記ＥＣＵ３０には、エンジン回転数を検出するクランク角センサ１４、上記再始動モータ２０の回転角を検出する回転角センサ２２、エンジンの冷却水温度若しくは潤滑油温度等の気筒内温度に関する値に基づいてエンジンの気筒内温度を検出するエンジン温度センサ３７又は、吸気管内の負圧を検出する吸気管負圧センサ４０からそれぞれ出力される検出信号が入力されるようになっている。

そして、上記ＥＣＵ３０には、スロットル弁１２の開度を制御するスロットル弁制御手段４１と、燃料噴射弁８から噴射される燃料の噴射タイミング及び噴射量を制御する燃料噴射制御手段４２と、点火プラグ１３による混合気の点火タイミングを制御する点火制御手段４３と、エンジンの自動停止制御を実行する自動停止制御手段４４と、エンジンの自動停止時及び再始動時に上記インバータ２２に制御信号を出力して再始動モータ２０の駆動を制御する再始動モータ制御手段４５とが設けられている。

上記スロットル弁制御手段４１は、クランク角センサ１４からのクランク角速度情報に基づいて算出されたエンジン回転速度や、アクセルセンサ３２からのアクセル開度情報等に応じて必要なスロットル弁１２の開度を演算し、この演算結果に対応した制御信号を上記アクチュエータ１２ａに出力してスロットル弁１２を開閉制御するように構成されている。

また、上記燃料噴射制御手段４２及び点火制御手段４３は、上記アクセル開度情報やエンジン回転数情報に加え、エアフローセンサ３９により検出された吸気流量情報や、エンジン温度センサ３７により検出されたエンジン温度情報等に基づき、必要な燃料噴射量とその噴射時期及び適正な混合気の点火時期を演算し、この演算結果に対応した制御信号を燃料噴射弁８及び点火プラグ１３に出力するようになっている。

また、スロットル弁制御手段４１、燃料噴射制御手段４２、点火制御手段４３及び再始動モータ制御手段４５は、エンジンの自動停止を行う場合に、上記制御に加えて、次に述べる自動停止制御手段４４から出力される制御信号に対応した制御を実行するものである。すなわち、自動停止制御手段４４は、上記シフトポジションセンサ３３、ブレーキスイッチ３５及びバッテリ残量センサ３６等の出力信号に応じてエンジンの自動停止条件が成立したか否かを判別し、この自動停止条件が成立したことが確認された場合に、所定のタイミングで燃料噴射弁８からの燃料噴射を停止させるとともに、点火プラグ１３による混合気の点火を停止させることにより、エンジンを自動停止させるようになっている。

そして、上記自動停止制御手段４４によりエンジンを自動停止させる際には、エンジンの自動停止時に膨張行程になる気筒（以下、膨張行程気筒と称す）及び圧縮行程になる気筒（以下、圧縮行程気筒と称す）、つまり、エンジンの停止後に吸気弁６ａ及び排気弁７ａが閉止状態となって燃焼室４が密閉される気筒を予測して特定するとともに、これらの気筒に対してエンジンの停止直前に所定のタイミングで燃料を噴射する（以下、停止前噴射と称す）制御が実行されるようになっている。

また、上記自動停止条件が成立して燃料噴射が停止された後に所定の設定時間が経過するまでの間、上記再始動モータ２０を上記作動状態としてクランクシャフト５に駆動トルクを付与することにより、エンジン回転数の低下を抑制する制御、例えば、エンジン回転数を一定値（アイドル回転数）に維持する制御が実行されるとともに、上記設定時間よりも短い所定時間にわたってスロットル弁１２を予め設定された所定開度に開放操作する制御が上記スロットル弁制御手段４１により実行されるように構成されている。

さらに、上記設定時間が経過した後においては、エンジンが惰性で回転し、徐々に回転数が低下することになるが、上記自動停止制御手段４４及び再始動モータ制御手段４５は、この回転数の低下が予め実験等で求められた目標回転数となるように、上記再始動モータ２０の上記作動状態、ニュートラル状態、又は発電状態を切り換えることにより、上記クランクシャフト５に対する駆動力又は負荷を調整するようになっている。

上記自動停止制御手段４４は、エンジンの自動停止状態で上記各センサの出力信号に応じてエンジンの再始動条件が成立したか否かを判定し、再始動条件が成立したことが確認された場合に、上記再始動モータ２０を上記作動状態にするとともに、上記停止前噴射された燃料により生成された混合気に点火し、かつ、エンジンの再始動時に吸気行程及び排気行程にある気筒にそれぞれ燃料を順次噴射して所定のタイミングで点火することにより、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。

上記自動停止制御手段４４によるエンジンの再始動制御を実行する際には、エンジンの停止時点から再始動時点までの停止継続時間が測定され、この停止継続時間に基づいて上記再始動モータ制御手段４５により再始動モータ２０の駆動トルクが調節されるようになっている。すなわち、上記ＥＣＵ３０内に設けられたタイマーによりエンジンが自動停止状態となった後に再始動条件が成立するまでの時間が停止継続時間として計測され、この停止継続時間が長い場合には、短い場合に比べて上記再始動モータ２０の駆動トルクが小さな値に設定されるようになっている。このように、停止継続時間に応じて再始動モータ２０の駆動トルクを調整することにより、再始動モータ２０から不要な駆動トルクがクランクシャフト５に付与されることに起因した電力の消費及び騒音の発生を抑制しつつ、必要な駆動トルクを付与してエンジンを適正に再始動させることができる。

例えば、エンジンの停止継続時間が長い場合には、エンジンの停止直前に噴射された燃料が充分に気化又は霧化した状態となり、混合気の燃焼による出力トルクが充分に得られるため、停止継続時間が短い場合に比べて上記再始動モータ２０の駆動トルクを小さな値に設定することにより、不要な電力消費を抑制することができる。一方、エンジンの停止継続時間が短い場合には、エンジンの停止直前に噴射された燃料の気化又は霧化が不充分となり、混合気の燃焼による出力トルクが充分に得られない傾向があるため、再始動モータ２０の駆動トルクを大きな値に設定することにより、エンジンを適正に再始動させることができるという利点がある。

さらに、上記エンジンの自動停止中にイグニッションスイッチ３４が運転者によりＯＦＦ操作されたことが検出された場合には、この時点で、エンジンの停止直前に上記気筒２（膨張行程気筒又は圧縮行程気筒）に燃料が噴射されることにより生成された混合気に点火する制御が、上記点火制御手段４３において実行されるようになっている。

上記のように構成されたエンジンの制御装置により実行されるエンジンの自動停止及び再始動時における制御動作を、図４及び図５に示すタイムチャートに基づいて具体的に説明する。なお、図４では、４気筒のエンジンを例に挙げ、これら各気筒２を＃１気筒２Ａ、＃２気筒２Ｂ、＃３気筒２Ｃ及び＃４気筒２Ｄと称し、エンジンの自動停止制御が開始された時点からのエンジン回転数、充填効率又はクランク角の推移及び、スロットル弁１２の開閉及び再始動モータ２０の作動又は停止のタイミングをそれぞれ示している。また、図４及び図５は、＃１気筒２Ａが膨張行程気筒となる場合について示したものである。

上記エンジンの制御装置では、自動停止条件が成立した後の時点ｔ０において噴射燃料をカットするとともに混合気の点火を停止する。これにより、エンジンは惰性での回転を開始することになるが、上記時点ｔ０においては、同時に再始動モータ２０を上記作動状態に切り換えて、エンジンの回転数をアイドル回転数に維持するようになっている。さらに、上記時点ｔ０においては、スロットル弁１２の開放動作も実行され、上記再始動モータ２０によるエンジン回転数を維持することと相俟って各気筒２内の掃気が実行されるようになっている。

そして、上記時点ｔ０から後述する開放時間Ｙが経過した時点ｔ１において、スロットル弁１２を閉止させるとともに、上記時点ｔ０からモータ作動時間Ｚが経過した時点ｔ２において再始動モータ２０を上記ニュートラル状態に切り換える。

上記時点ｔ２において再始動モータ２０を上記ニュートラル状態に切り換えると、エンジンは、惰性での回転を開始してその回転数が徐々に低下していく。ここで、本実施形態のエンジンの制御装置では、例えば、時点ｔ３、ｔ４、ｔ５に示すように、予め実験等で求められたエンジンの目標回転数Ｌ１と、実際の回転数Ｌ２とを比較することにより、その回転数偏差δ１、δ２、δ３を検出して、当該偏差δ１、δ２、δ３を埋めるように、すなわち、上記減衰ラインＬ１上に実際の回転数Ｌ２を乗せるように再始動モータ２０を上記作動状態、ニュートラル状態又は発電状態の何れかに切り換えるようになっている。

また、エンジンが停止する直前においては、膨張行程気筒及び圧縮行程気筒に対して燃料噴射Ｆ１、Ｆ２（以下、停止前噴射Ｆ１、Ｆ２と称す）を実行し、エンジンが自動停止した後再始動する場合には、図５に示すように、これら停止前噴射Ｆ１、Ｆ２の燃料により生成された混合気を順次点火Ｂ１、Ｂ２することにより、エンジンを再始動させるようになっている。

以下、上記エンジンの制御装置により実行される処理について、図４、図５のタイムチャート及び図６〜図８に示すフローチャートに基づいて説明する。

この制御動作がスタートすると、各種センサ類から出力された検出信号を入力した後（ステップＳ１）、エンジンが自動停止状態にあるか否かを判定し（ステップＳ２）、ＮＯと判定された場合には、上記検出信号に基づき、エンジンの自動停止条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ３）。具体的には、上記各種センサ類の検出信号に基づき、車速がゼロの状態で、ブレーキスイッチ３５のＯＮ状態が所定時間にわたり継続し、かつ、バッテリ残量が予め設定された所定の基準値以上であることが確認された場合には、エンジンの自動停止条件が成立したと判定され、上記要件の一つでも満足されていない場合には、自動停止条件が成立していないと判定されるようになっている。

上記ステップＳ３でＮＯと判定されてエンジンの自動停止条件が成立していないことが確認された場合には、エンジン回転数と吸気量とに応じた通常の燃料噴射制御及び点火制御を実行する（ステップＳ４）。

上記ステップＳ３でＹＥＳと判定されてエンジンの自動停止条件が成立したことが確認された場合には、後述する燃料カット後におけるスロットル弁１２の目標開度Ｇと、その開放時間Ｙ及び燃料カット後における空転サイクル数Ｆの設定制御を実行するとともに、この空転サイクル数Ｆに基づいて再始動モータ２０を上記作動状態とする設定時間、つまり、モータ作動時間Ｚを設定する制御を実行する（ステップＳ５）。

次いで、通常の燃料噴射及び点火を停止して燃料カットを実行するとともに、スロットル弁１２を開放操作して、その開度を上記ステップＳ５で設定された目標スロットル開度Ｇとし、かつ、上記再始動モータ２０を作動状態としてエンジン回転数をアイドル回転数に維持する制御を実行する（ステップＳ６：時点ｔ０）。また、上記ステップＳ５で設定された開放時間Ｙが経過したか否かを判定し（ステップＳ７）、ＹＥＳと判定された時点ｔ１で、スロットル弁１２を閉止状態とした後（ステップＳ８）、ステップＳ５で設定されたモータ作動時間Ｚが経過したか否かを判定する（ステップＳ９）。

上記ステップＳ９でＹＥＳと判定されてモータ作動時間Ｚが経過したことが確認された場合には、この時点ｔ２で上記再始動モータ２０を上記ニュートラル状態に切り換えた後（ステップＳ１０）、エンジン回転数Ｎが、膨張行程気筒及び圧縮行程気筒を特定するために予め行った実験等に基づいて設定された基準回転数Ｒとなったか否かを判定する（ステップＳ１１）。

次いで、上記ステップＳ１１の基準回転数Ｒに基づいて特定された膨張行程気筒（図４では＃１気筒２Ａ）のクランクアングルが圧縮上死点ＴＤＣの前５４０°（ＡＴＤＣ−５４０ｄｅｇ）となった時点の後に、当該膨張行程気筒の吸気ポート６に対する燃料噴射Ｆ１を行うとともに、上記膨張行程気筒のクランクアングルが３６０°となった時点の後に、圧縮行程気筒（図４では＃３気筒２Ｃ）の吸気ポート６に燃料噴射Ｆ２を行う（ステップＳ１２）。

上記エンジンの停止直前における停止前噴射Ｆ１、Ｆ２を行った後、後述するモータアシスト制御を実行するとともに（ステップＳ１３）、エンジン回転数Ｎが０になったか否かを判定し（ステップＳ１４）、ＹＥＳと判定されてエンジンが自動停止状態となったことが確認された時点ｔ６で、上記停止継続時間Ｔの計測を開始する（ステップＳ１５）。

一方、上記ステップＳ２でＹＥＳと判定され、現在エンジンが自動停止状態にあることが確認された場合には、運転者によるイグニッションスイッチ３４のＯＦＦ操作が行われたか否かを判定する（ステップＳ１６）。このステップＳ１６でＹＥＳと判定され、運転者が停車することを意図してイグニッションスイッチ３４をＯＦＦ操作したことが確認された場合には、膨張行程気筒及び圧縮行程気筒に上記停止前噴射Ｆ１、Ｆ２が行われることにより生成された混合気に対する点火を同時に行うとともに（ステップＳ１７）、上記停止継続時間Ｔの計測値をリセットした後（ステップＳ１８）、リターンする。

また、上記ステップＳ１６でＮＯと判定され、イグニッションスイッチ３４のＯＦＦ操作が行われていないことが確認された場合には、エンジンの再始動条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１９）。上記再始動条件としては、ブレーキスイッチ３５がＯＦＦ状態となったこと、ブレーキ負圧（吸気管負圧）が所定値以下となったこと、停止継続時間Ｔが所定値以上となったこと、又はバッテリ残量が所定値未満となったこと等があり、これらの要件の一つでも満足された場合に、エンジンの再始動条件が成立したものと判定される。

上記ステップＳ１９でエンジンの再始動条件が成立したと判定されると、上記再始動モータ２０の駆動トルクをテーブルから読み出す等により設定する（ステップＳ２０）。上記停止継続時間Ｔの計測値に対応した駆動トルクを設定するためのテーブルは、停止継続時間Ｔに基づいて設定され、この停止継続時間Ｔが長い場合には、短い場合に比べて駆動トルクが小さな値に設定されている。また、上記再始動条件の成立時点（図５では時点ｔ７）で再始動モータ２０を作動状態に切り換えるとともに、停止前噴射Ｆ１、Ｆ２により生成された混合気に対して所定のタイミングで点火（図５では点火Ｂ１、Ｂ２）を行うことによりエンジンを再始動させる（ステップＳ２１）。

そして、上記再始動条件の成立時点ｔ７で吸気行程にある気筒２（図５では＃４気筒２Ｄ）及び排気行程にある気筒２（図５では＃２気筒２Ｂ）に対する燃料噴射（図５では燃料噴射Ｆ３、Ｆ４）を行なうとともに（ステップＳ２２）、これらの気筒２が圧縮上死点となった時点で順次、混合気の点火（図５の例では点火Ｂ３、Ｂ４）を行った後（ステップＳ２３）、上記停止継続時間Ｔの計測値を０にリセットする（ステップＳ２４）。

次に、上記ステップＳ５で実行されるスロットル弁１２の目標開度Ｇ、開放時間Ｙ、空転サイクル数Ｆ及びモータ作動時間Ｚを設定する制御の具体例を、図９に示すフローチャートに基づいて説明する。上記制御動作がスタートすると、燃料カット前におけるエンジン温度センサ３７及び吸気温センサ３８の検出値に基づき、各気筒２の冷却に必要な吸入空気量Ａ及び許容圧縮圧力Ｂを設定する（ステップＳ２５）。上記吸入空気量Ａは、停止前噴射された再始動用燃料が上記膨張行程気筒及び圧縮行程気筒に供給されて圧縮されるまでに気筒２内を通過する吸気量であって、上記エンジン温度及び吸気温度が高いほど、上記吸入空気総量Ａも大きな値となる。また、上記許容圧縮圧力Ｂは、停止前噴射した燃料により生成された混合気が、圧縮上死点近傍で自己着火することのない限界圧力であって気筒内温度に依存した値である。

次いで、予め設定された掃気用吸気量Ｃ、つまり、燃料カット前に噴射された最後の燃料が燃焼した後、停止前噴射された再始動用の燃料が気筒に供給されるまでの間に気筒２内を通過する吸気量Ｃと、上記ステップ２９で設定された吸入空気総量Ａとを比較し、そのうちの大きい方を目標吸気総量Ｄとして設定する（ステップＳ２６）。

また、燃料カット後の気筒内圧力を上記ステップＳ２５で求めた許容圧縮圧力Ｂ以下とし、かつ、エンジンの停止時の振動を抑制し得る値に、吸気の充填効率変化パターンＥを設定する（ステップＳ２７）。この充填効率変化パターンＥを上記のように設定するのは、エンジンの自動停止時に再始動用燃料が噴射された気筒（膨張行程気筒及び圧縮行程気筒）が圧縮上死点となった時点における吸気の充填効率が予め設定された上限値Ｂａ（図４参照）以下となるように制限することにより、エンジンの停止前に上記気筒で圧縮自己着火が生じるのを防止するとともに、エンジンの騒音や振動によって運転者が違和感を受けるのを防止するためである。

次いで、上記目標吸気総量Ｄ及び吸気の充填効率パターンＥを満足するように、燃料カット後の空転サイクル数Ｆ及び目標スロットル開度Ｇと、この目標スロットル開度Ｇにスロットル弁１２を開放する開放時間Ｙとを予め設定されたマップから読み出して設定する（ステップＳ２８）。上記燃料カット後の空転サイクル数Ｆを設定するためのマップは、図１０に示すように、吸気の充填効率パターンＥと、目標吸気総量Ｄとをパラメータとし、吸気の充填効率パターン（充填効率の変化割合）Ｅが大きいほど、空転サイクル数Ｆが小さな値となり、目標吸気総量Ｄが多いほど空転サイクル数Ｆが大きな値となるように設定されている。

上記燃料カット後の目標スロットル開度Ｇは、図１１に示すように、吸気の充填効率パターンＥと、目標吸気総量Ｄとをパラメータとし、吸気の充填効率パターン（充填効率の変化割合）Ｅが大きいほど、目標スロットル開度Ｇが大きな値となり、目標吸気総量Ｄが多いほど目標スロットル開度Ｇが大きな値となるように設定され、かつ、上記開放時間Ｙも上記目標スロットル開度Ｇと同様に吸気の充填効率パターン（充填効率の変化割合）Ｅが大きいほど、大きな値となり、目標吸気総量Ｄが多いほど大きな値となるように設定されている。

次いで、上記バッテリ残量センサ３６の検出結果に基づいて、現時点でのバッテリ残量が予め設定された上限値Ｐ１よりも少ないか否かを判定する（ステップＳ２９）。

上記ステップＳ２９でＹＥＳと判定されると、上記燃料カット後の空転サイクル数Ｆを満足するように、再始動モータ２０を作動状態としてクランクシャフト５に駆動トルクを付与する設定時間、つまり、燃料カット後にエンジン回転数を一定値（アイドル回転数）に維持するためのモータ作動時間Ｚを算出する（ステップＳ３０）。具体的には、アイドル回転状態にあるエンジンを燃料カットした場合に、停止状態となるまでの時間を実験等により求め、この時間と空転サイクル数Ｆに対応した時間とに基づき、上記モータ作動時間Ｚを算出する。

一方、上記ステップＳ２９でＮＯと判定される、すなわち、バッテリ残量が上記上限値Ｐ１よりも多いと判定されると、上記燃料カット後の空転サイクル数Ｆを満足し、かつ、再始動モータ２０の駆動後のバッテリ残量が上記上限値Ｐ１未満となるモータ作動時間Ｚ、つまり、上記ステップＳ３０で算出されるものよりも長いモータ作動時間Ｚを算出する（ステップＳ３１）。具体的には、例えば、上記ステップＳ３０で算出されるモータ作動時間Ｚの経過時点におけるクランク角を、整数倍サイクル（７２０°×整数）だけ進ませるためのモータ作動時間Ｚを算出する。

次に、上記ステップＳ１３で実行されるモータアシスト制御を、図４、図１２、及び図１３に基づいて説明する。上記制御動作がスタートすると、膨張行程気筒になると判定された＃１気筒２Ａのクランク角が所定値となる時点ｔ３、ｔ４又はｔ５が到来した所定のタイミングにおいて、実際のエンジン回転数Ｌ２と、予め実験により求められた目標回転数Ｌ１との回転数偏差δ１、δ２又はδ３を算出するとともに（ステップＳ３２）、バッテリ残量が予め設定された下限値Ｐ２（図４参照）未満であるか否かを判定する（ステップＳ３３）。

上記ステップＳ３３でＮＯと判定される、すなわち、バッテリ残量が上記下限値Ｐ２よりも多いと判定されると、当該モータアシスト制御を通常モードに設定する（ステップＳ３４）。ここで、通常モードとは、図４に示すように、上記回転数偏差δ１〜δ３が正の値、つまり、実際のエンジン回転数Ｌ２が目標回転数Ｌ１よりも大きい場合には上記再始動モータ２０を発電状態として上記クランクシャフト５に対して負荷をかける一方、上記回転数偏差δ１〜δ３が負の値、つまり、実際のエンジン回転数Ｌ２が目標回転数Ｌ１よりも小さい場合には上記再始動モータ２０を作動状態として上記クランクシャフト５を駆動（正転）させるためのモードである。

一方、上記ステップＳ３３でＹＥＳと判定される、すなわち、バッテリ残量が上記下限値Ｐ２よりも少ないと判定されると、当該モータアシスト制御を発電用モードに設定する（ステップＳ３５）。ここで、発電用モードとは、当該モータアシスト制御中に上記再始動モータ２０を発電状態又はニュートラル状態の何れかのみに切り換える制御であり、例えば、図１３の（ａ）に示すように、上記回転数偏差δ１〜δ３が正の値である場合には上記通常モードと同様に、上記再始動モータ２０を発電状態として上記クランクシャフト５に対して負荷をかける一方、上記回転数偏差δ１〜δ３が負の値である場合には、再始動モータ２０をニュートラル状態として上記クランクシャフト５を無負荷の状態とする。

さらに、上記発電用モードに設定する場合には、上記制御に代えて、又は加えて図１３の（ｂ）のように、上記回転数偏差δ１〜δ３が正になりやすい、つまり、実際のエンジン回転数Ｌ２が目標回転数Ｌ１よりも大きくなりやすいような処理を実行することもできる。具体的には、上記発電用モードに設定した時点で、上記目標回転数Ｌ１を上記通常モード時に設定するものよりも低いもの（以下、低目標回転数Ｌ１ａと称す）に設定する。ここで、低目標回転数Ｌ１ａは、上記ステップＳ１２で判別された膨張行程気筒（図４では＃１気筒２Ａ）が、より手前のサイクルで膨張行程気筒となるように予め実験等で求められたものであって、上記ＥＣＵ３０に予め記憶されたものである。このように低目標回転数Ｌ１ａを設定することにより、上記再始動モータ２０を発電状態とする機会を増やしてバッテリ残量を増やすことができる。

上記ステップＳ３４、Ｓ３５を実行した後、上記ステップＳ３２で算出された回転数偏差δ１、δ２又はδ３に対応した再始動モータ２０の駆動トルク、つまり停止時アシスト力を求める（ステップＳ３６）。

例えば、図４に示すように、＃１気筒２Ａのクランク角が圧縮上死点ＴＤＣの前の１８０°又は圧縮上死点ＴＤＣとなった時点ｔ３又はｔ５におけるエンジン回転数Ｎが目標回転数Ｌ１以上であり、上記時点ｔ３又はｔ５における回転数偏差δ１又はδ３が正の値であることが確認された場合には、エンジン回転数Ｎを目標回転数Ｌ１に近づけるために、上記回転数偏差δ１又はδ３に対応した逆トルク（再始動モータ２０を発電状態として得られるブレーキトルク）を算出する。一方、＃１気筒２Ａのクランク角が圧縮上死点ＴＤＣの前の９０°となった時点ｔ４におけるエンジン回転数Ｎが目標回転数Ｌ１以下であり、上記時点ｔ４における回転数偏差δ２が負の値であることが確認された場合には、上記回転数偏差δ２に対応した正駆動トルク（再始動モータ２０を作動状態として得られる駆動トルク）を算出する。

そして、再始動モータ２０に作動指令信号を出力することにより（ステップＳ３７）、上記ステップＳ３６で求められた停止時アシスト力をクランクシャフト５に作用させる。このステップＳ３７では、上記通常モード又は発電モードのうち、設定されているモードに応じて停止時アシスト力を作用させることになる。つまり、上記通常モードに設定されている場合には、上記ステップＳ３６で算出された停止時アシスト力を無条件でクランクシャフト５に作用させる一方、上記発電モードに設定されている場合には、図１３の（ａ）に示すように、上記回転数偏差δ１、δ２又はδ３が正の値である場合に再始動モータ２０によるブレーキトルクをクランクシャフト５に対して作用させるとともに回転数偏差δ１、δ２又はδ３が負の値である場合に再始動モータ２０をニュートラル状態として、クランクシャフト５に対して負荷を作用させない。

次いで、エンジン停止前の最後の圧縮上死点ＴＤＣを経過したか否か、つまり時点ｔ５を経過したか否かを判別し（ステップＳ３８）、ＮＯと判定されると、上記ステップＳ３２からの処理を繰り返し実行する。

一方、上記ステップＳ３８でＹＥＳと判定されると、膨張行程気筒になると判定された＃１気筒２Ａのクランク角が目標停止位置となった時点、つまり、当該＃１気筒２Ａのクランク角が圧縮上死点ＴＤＣ後の１２０°となった時点におけるエンジン回転数Ｎに基づき、停止時に発生するエンジンの逆転量を予測する（ステップＳ３９）。その後、上記逆転量に対応した作動指令信号を再始動モータ２０に出力することにより、上記逆転量の予測値に対応した正駆動トルクをクランクシャフト５に付与する（ステップＳ４０）。

すなわち、エンジン停止に至る場合、圧縮行程気筒ではピストン３が上死点に近づくにつれて当該気筒内の空気が圧縮されてピストン３を押し返す方向に圧力が作用し、これによりエンジンが逆転して上記気筒のピストン３が下死点側に押し返されるとともに、膨張行程にある気筒のピストン３上死点側に移動し、それに伴い当該気筒内の空気が圧縮され、その圧力で膨張行程にある気筒のピストン３が下死点側に押し返される逆転現象が生じるため、この逆転量に対応した正駆動トルクをクランクシャフト５に作用させることにより、このクランクシャフト５の停止位置を目標停止位置に正確に一致させることが可能となる。

なお、上記モータアシスト制御では、バッテリ１８の残量が下限値Ｐ２よりも少ない場合に発電用モードに設定するようにしているが、図１４に示すように、上記残量が下限値Ｐ２よりも少ない場合に、現在の運転条件を加味して上記発電モードに設定するか否かを判別させるようにしてもよい。以下の説明では、上述した図１２のモータアシスト制御と相違する点（ステップＳ３３１）について主に説明する。

当実施形態のモータアシスト制御では、上記ステップＳ３３においてＮＯと判定される、つまり、バッテリ１８の残量が下限値Ｐ２よりも大きいと判定されると、上記実施形態と同様に通常モードに設定する（ステップＳ３４）一方、上記ステップＳ３３でＮＯと判定され、上記残量が下限値Ｐ２より少ないと確認された場合に、走行抵抗の低い運転状態にあるか否かを判別する（ステップＳ３３１）。

具体的に、このステップＳ３３１では、惰性で回転しているエンジンの回転数が上記目標回転数Ｌ１よりも高くなり易い運転状態（例えば、下り坂を走行している場合等）にあるか否かを判別する。このステップＳ３３１でＹＥＳと判定されると、上記発電モードに設定し（ステップＳ３５）、以下、上記ステップＳ３６以降の処理を実行する。

一方、上記ステップＳ３３１でＮＯと判定される、つまり、走行抵抗が比較的高い運転状態（例えば、上り坂を走行してる場合等）であると判定されると、クランクシャフト５に対する停止時アシスト力の付加（ステップＳ３５〜ステップＳ３７の処理）を省略して、上記ステップＳ３８以降の処理を実行する。

この実施形態によれば、バッテリ１８の残量が少ない場合に、運転状態に応じて発電用モードに設定するか、若しくは停止時アシスト力の付加を省略するかを選択することができるので、確実にバッテリ１８の上がりを防止しながら、不要な処理を省略することにより当該処理の速度を向上させることができる。

なお、上記のように所定時点における実際のエンジン回転数Ｎと、予め実験により求められた目標回転数との回転数偏差δに基づき、上記再始動モータ２０から付与される駆動トルクを制御することにより、上記気筒のクランク角が目標停止位置となった時点エンジンを停止させるようにした上記実施形態に代え、例えばエアフローセンサ３９及びクランク角センサ１４の出力信号等に応じて算出された吸気の充填効率に基づき、所定のタイミングでクランク軸トルクを算出し、この値に基づいて上記再始動モータ２０によって付与される駆動トルクを制御するようにしてもよい。

例えば、図１５に示すように、上記吸気の充填効率に基づいて＃１気筒２Ａの膨張トルクを求めるとともに、＃３気筒２Ｃの圧縮トルク、＃４気筒２Ｄの吸気抵抗、＃２気筒２Ｂの排気抵抗及びエンジン全体の機械抵抗を求め、これらの値を上記＃１気筒２Ａの膨張トルクから減算することにより、クランク軸トルクを算出するようにしてもよい。そして、上記クランク軸トルクの算出値と、予め設定された目標軸トルクとの偏差に基づき、上記再始動モータ２０によって付与される駆動トルクを制御するようにしてもよい。

また、図１６に示すように、吸気の充填効率と、エンジン回転数とをパラメータとして予め設定されたマップからクランク軸トルクのピーク値を読み出し、この値と、予め設定された目標軸トルクとの偏差に基づき、上記再始動モータ２０によって付与される駆動トルクを制御するようにしてもよい。

さらに、図１７に示すように、所定時点ｔ３から上記エンジン回転数Ｌ２と目標回転数Ｌ１との偏差を順次算出し、あるいは上記クランク軸トルクと目標クランク軸トルクとの偏差を順次算出し、これらの偏差に基づいて上記再始動モータ２０により付与される駆動トルクをフィードバック制御することにより、上記膨張行程気筒のクランク位置が目標停止位置となった時点でエンジンを停止させるようにしてもよい。

以上説明したように、自動停止条件が成立して燃料供給を停止した後、所定時間にわたり再始動モータ２０を作動状態として上記クランクシャフト５を駆動させる一方、上記所定時間の経過後、上記膨張行程気筒におけるエンジン停止時のピストン３の位置が予め設定された停止位置となるように上記再始動モータ２０を作動状態、ニュートラル状態又は発電状態の何れかに切り換えることにより上記クランクシャフト５に対する駆動力又は付加を調整する再始動モータ制御手段４５を備え、バッテリ残量センサ３６の検出結果に基づいて、上記再始動モータ制御手段４５による再始動モータ２０の駆動制御の態様を変化させるようにした上記実施形態によれば、バッテリ１８の過充電又は残量不足を抑制しながら、再始動モータ２０を上記所定時間駆動することにより気筒内の掃気を促進させる、又は膨張行程気筒のピストン３を予め設定された停止位置（例えば、下死点寄りの位置）に停止させることができる。

したがって、上記実施形態によれば、バッテリ１８の残量を適正に維持しながら、上記掃気によって再始動時の混合気の燃焼不良を抑制する、又は停止前噴射された燃料により生成された混合気の点火による出力を効果的に発揮させることにより再始動性能を向上させることができる。

上記駆動制御の態様としては、上記バッテリ１８の残量が比較的多い場合、一律に上記所定時間だけ再始動モータ２０を駆動するようにしてもよいが、上記バッテリ１８の残量が予め設定された上限値Ｐ１よりも多い場合に、当該残量が上記上限値Ｐ１よりも少ない場合と比較して、上記所定時間を長く設定することが好ましい。

この構成によれば、上記上限値Ｐ１よりもバッテリ１８の残量が多い場合に、再始動モータ２０の駆動時間を長くすることにより、バッテリ１８の残量を減らすことができるので、当該所定時間の経過後に実行される上記ピストン３の停止位置の調整時において、再始動モータ２０を発電状態とした場合にバッテリ１８が過充電となるのを抑制することができ、当該バッテリ１８の残量をより適正に維持することができる。

さらに、上記駆動制御の態様としては、所定時間の経過後にバッテリ１８の残量が比較的少ない場合には、上記ピストン３の停止位置の調整のための制御を停止させるようにしてもよいが、上記所定時間の経過後に上記バッテリ１８の残量が予め設定された下限値Ｐ２よりも少ない場合には、上記再始動モータ２０をニュートラル状態又は発電状態の何れかに切り換えることによりクランクシャフト５に対する負荷のみを調整して、上記膨張行程気筒のピストン３の停止位置を調整することが特に好ましい。

この構成によれば、上記所定時間の経過後にバッテリ１８の残量が上記下限値Ｐ２よりも少ない場合に、上記再始動モータ２０をニュートラル状態又は発電状態の何れかにしているので、バッテリ１８の電力を消費しないだけでなく必要に応じて充電しながら、ピストン３の停止位置を調整することができ、より確実にバッテリ１８の残量不足を抑制することができる。

本発明に係る制御装置を備えたエンジンの概略断面図である。図１のエンジンの再始動装置の構成を示す説明図である。本発明の車両の制御装置の具体的構成を示すブロック図である。図３の制御装置の制御動作を示すタイムチャートであり、膨張行程気筒を＃１気筒に設定した場合の制御を示したものである。図３の制御装置の制御動作におけるエンジンの自動停止から再始動までの範囲を拡大して示すタイムチャートであり、膨張行程気筒を＃１気筒に設定した場合の制御を示したものである。図３の制御装置の制御動作を示すフローチャートである（１／３）。図３の制御装置の制御動作を示すフローチャートである（２／３）。図３の制御装置の制御動作を示すフローチャートである（３／３）。図６の燃料カット回転数及び目標スロットル開度の設定制御動作を示すフローチャートである。エンジンの空転サイクル数を設定するためのマップの一例を示すグラフである。目標スロットル開度を設定するためのマップの一例を示すグラフである。図７のモータアシスト制御動作を示すフローチャートである。図１２の発電モードで実行される制御動作を示すタイムチャートであり、（ａ）は再始動モータを発電状態又はニュートラル状態に切り換える制御、（ｂ）は目標回転数を低めに設定する制御をそれぞれ示している。図７のモータアシスト制御動作の別の例を示すフローチャートである。クランク軸トルクを算出するための具体的構成を示す説明図である。軸トルクピーク値を求めるためのマップの一例を示すグラフである。モータアシスト制御動作の別の例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気筒
５クランクシャフト（出力軸）
１８バッテリ
２０再始動モータ
３６バッテリ残量センサ
４５再始動モータ制御手段（モータ制御手段）
Ｐ１上限値
Ｐ２下限値

Claims

バッテリの電力供給によりエンジンの出力軸を駆動させる作動状態と、当該出力軸に対する駆動連結を解除するニュートラル状態と、上記出力軸からの逆作動により発電して当該電力を上記バッテリに充電する発電状態とを切換可能な再始動モータを備えた車両において、エンジンのアイドル運転状態で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燃料供給を停止させてエンジンを自動停止させるとともに、エンジンの自動停止時に少なくとも膨張行程となる気筒に対してエンジンの停止直前に燃料を噴射させる一方、エンジンの自動停止後に予め設定された再始動条件が成立したときに、上記再始動モータを上記作動状態として上記出力軸を駆動させるとともに、上記停止直前の燃料噴射により生成された混合気に点火してエンジンを再始動させる車両の制御装置であって、
上記燃料供給の停止後、所定時間にわたり上記再始動モータを作動状態として上記出力軸を駆動させる一方、上記所定時間の経過後、上記膨張行程となる気筒におけるエンジン停止時のピストン位置が予め設定された停止位置となるように上記再始動モータを作動状態、ニュートラル状態又は発電状態の何れかに切り換えることにより出力軸に対する駆動力又は負荷を調整するモータ制御手段を備え、
上記バッテリの残量を検出する残量検出手段の検出結果に基づいて、上記バッテリの残量が予め設定された上限値よりも多い場合に、当該残量が上記上限値よりも少ない場合と比較して、上記所定時間が長く設定されるように、上記モータ制御手段による再始動モータの駆動制御の態様を変化させることを特徴とする車両の制御装置。
上記所定時間の経過後に上記バッテリの残量が予め設定された下限値よりも少ない場合には、上記再始動モータをニュートラル状態又は発電状態の何れかに切り換えることにより出力軸に対する負荷のみを調整して、上記膨張行程となる気筒のピストンの停止位置を調整することを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。