JP4893420B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、キャパシタによる内燃機関の始動のための技術に関する。

燃費の向上や排気ガス放出の低減などを図るために、車両がアイドル状態で停止しているときに、内燃機関（以下では、「エンジン」ともいう。）を自動的に停止させ、発進時に自動的に再始動して円滑に発進させるようにした技術（エンジン自動停止／再始動システム、アイドルストップシステム、エコランシステムなどと呼ばれる。）が提案されている。この技術では、エンジンの再始動に時間がかかるとユーザの発進意思に対してレスポンスが遅れてドライバビリティが悪化するため、素早く再始動させることが重要である。ところが、エンジンを始動する場合、一般に始動用モータ（スタータモータ）を用いており、エンジンを素早く再始動させることが困難である。また、頻繁にエンジンの停止と始動とを繰り返すことで、スタータモータや周辺部品の寿命低下などを招いてしまう。

そこで、点火に基づく特定の気筒（例えば、膨張行程にある気筒）における燃焼によって回転を開始させ、始動を行うように構成されたエンジンの始動装置が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。つまり、特定の気筒に対して、燃料噴射および点火を行って燃焼させ、その爆発力によりエンジンを始動させるようにしている。このような始動装置によれば、従来では一般的に必要とされていたスタータモータを用いずに、エンジンの始動を行うことが可能になり、上述のような不具合の解消を図ることが可能になる。

ここで、停止状態にあるエンジンを再始動するときの手順の一例を説明すると、まず、停止時に膨張行程にあった気筒に対して燃料噴射および点火を行って燃焼させることで、爆発力を得てエンジンに回転力を与える。次に、停止時に圧縮行程にあった気筒が、続いて、吸気行程にあった気筒が、それぞれ所定の位置まで回転したときに燃料噴射および点火を行って燃焼させる。その後、通常の燃料噴射および点火を行ってエンジンを再始動させる。
特開２００６−１８３６２９号公報 特開２００６−２１４３７７号公報

上述したように、点火プラグにより特定の気筒の混合気に対する点火動作を行ってエンジンを始動させるには、比較的大きな電力（数ｋＷ程度）が必要になる。このため、点火動作を行う点火プラグへの電力供給を補機用電池（バッテリ）によって行うと、次のような問題点がある。

エンジンの大型化等にともなってエンジン始動に必要なエネルギーも増大する結果、バッテリの大型化を招くという問題点がある。また、上述のようなアイドルストップシステムを採用した車両では、頻繁にエンジンの停止と始動とが繰り返されるので、バッテリの使用過多による充電量（電圧）の低下を招いてしまう。また、エンジン停止後における周辺機器の使用、例えば、ＴＶ鑑賞や、ＤＳＲＣ（Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｓｈｏｒｔ Ｒａｎｇｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ：狭域通信）による決済システムの利用などに対し、エンジン始動に必要な充電量を確保する観点から制限がかかるという問題点もある。

したがって、点火プラグへの電力供給をバッテリ以外の電力供給手段を利用して行うことが考えられている。この電力供給手段としては、例えば、電気二重層キャパシタなどのようなキャパシタが挙げられる。キャパシタを点火プラグの点火用、つまり、エンジンの始動用として設けることで、バッテリの電力をエンジン始動のために用いる必要がなくなる。これにより、バッテリの小型化が可能になる。加えて、バッテリの電力をエンジン始動以外の他の用途に利用することが可能になり、ユーザの利便性が向上する。

ここで、キャパシタをエンジン始動用に用いる場合にも、バッテリの場合と同様に、キャパシタの充電量（電圧）をエンジン始動に最低限必要な所定の充電量以上にしておく必要がある。しかし、キャパシタのデメリットとして、一般的に自己放電が大きいという点が挙げられる。このため、エンジン停止中には、キャパシタの充電量が自己放電により徐々に低下していくことから、何らの対策も講じなければ、エンジン始動を行うことができない状態に陥る可能性がある。

一方、上述のような内燃機関の始動装置において、特定の気筒の混合気に対する点火動作を行ってエンジンを始動させるには、その点火動作を行う気筒の燃焼室内の圧力（筒内圧）を所定圧以上に高めておく必要がある。つまり、エンジン停止中には、燃焼室内の空気がシリンダボアの内壁とピストン（ピストンリング）との隙間から漏れるため、筒内圧が徐々に低下していくことから、何らの対策も講じなければ、エンジン始動を行うことができない状態に陥る可能性がある。

本発明は、そのような問題点を鑑みてなされたものであり、キャパシタからの電力供給による点火に基づく特定の気筒における燃焼によって回転を開始させ、始動を行うように構成された内燃機関において、その内燃機関の停止中に、内燃機関の次の始動を確実に行えるようにすることを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、キャパシタからの電力供給による点火に基づく特定の気筒における燃焼によって回転を開始させ、始動を行うように構成された内燃機関の制御装置であって、前記キャパシタの電圧を検出する電圧検出手段と、内燃機関の駆動にともないキャパシタの充電を行う発電手段と、内燃機関の停止中に、前記キャパシタの電圧が所定値を下回った場合には、内燃機関の始動を行って、キャパシタの充電を行った後、内燃機関を再び停止させる制御手段を備えることを特徴としている。

上記構成において、停止状態にある内燃機関を始動させるときには、特定の気筒、例えば、停止時に膨張行程にあった気筒に対し、初回の燃料噴射および点火を行って燃焼させる。この燃焼による爆発力がピストンに伝えられ、クランクシャフトの回転力になる。次に、停止時に圧縮行程にあった気筒が所定の位置まで移動したときに、燃料噴射および点火を行い燃焼させ、さらに、停止時に吸気行程にあった気筒が所定の位置まで移動したときに、燃料噴射および点火を行って燃焼させる。その後、通常の燃料噴射および点火を行って内燃機関を始動させるようにしている。

そして、上記構成では、内燃機関の停止中において、キャパシタの電圧を監視して、その電圧が所定値を下回った場合には、上記のような内燃機関の始動を行ってキャパシタの充電を行うようにしている。これにより、キャパシタが過放電となる事態を回避でき、内燃機関の始動が不可能になる事態に陥ることを回避できる。したがって、内燃機関の次の始動が確実に行えるようになる。

ここで、内燃機関の停止中にキャパシタの電圧を監視するのは、上記のような内燃機関の始動を行う上でキャパシタの電圧が所定値以上であることが必要であるからである。そして、内燃機関の停止中は、キャパシタの電圧が自己放電により徐々に低下していくため、キャパシタの電圧が所定値以上ではない場合、キャパシタの充電を行って内燃機関の始動が可能な状態にする必要があるからである。

上記構成の代わりに次のような構成を採用することも可能である。すなわち、本発明は、キャパシタからの電力供給による点火に基づく特定の気筒における燃焼によって回転を開始させ、始動を行うように構成された内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の気筒の筒内圧を検出する圧力検出手段と、内燃機関の停止中に、前記特定の気筒の筒内圧が所定圧を下回った場合には、内燃機関の始動を行って、筒内圧を上昇させた後、内燃機関を再び停止させる制御手段を備えることを特徴としている。

上記構成では、内燃機関の停止中において、特定の気筒、この場合、内燃機関の次の始動のときの初回の燃料噴射および点火を行う気筒の筒内圧を監視して、その筒内圧が所定圧を下回った場合には、上記のような内燃機関の始動を行って筒内圧を上昇させるようにしている。これにより、内燃機関の始動が不可能になる事態に陥ることを回避できる。したがって、内燃機関の次の始動が確実に行えるようになる。

ここで、内燃機関の停止中に特定の気筒の筒内圧を監視するのは、上記のような内燃機関の始動を行う上でその気筒の筒内圧が所定圧以上であることが必要であるからである。そして、内燃機関の停止中は、その気筒の筒内圧が徐々に低下していくため、その筒内圧が所定圧以上ではない場合、筒内圧を上昇させて内燃機関の始動が可能な状態にする必要があるからである。

また、上記２つの構成を組み合わせた構成を採用することも可能である。具体的には、本発明は、キャパシタからの電力供給による点火に基づく特定の気筒における燃焼によって回転を開始させ、始動を行うように構成された内燃機関の制御装置であって、前記キャパシタの電圧を検出する電圧検出手段と、前記内燃機関の気筒の筒内圧を検出する圧力検出手段と、内燃機関の駆動にともないキャパシタの充電を行う発電手段と、内燃機関の停止中に、前記キャパシタの電圧が所定値を下回った場合には、内燃機関の始動を行って、キャパシタの充電を行った後、内燃機関を再び停止させるとともに、前記特定の気筒の筒内圧が所定圧を下回った場合には、内燃機関の始動を行って、筒内圧を上昇させた後、内燃機関を再び停止させる制御手段を備えることを特徴としている。

ここで、内燃機関の停止の際および再度の停止の際、膨張行程にある気筒内のピストンをこの気筒の筒内圧が所定値以上となる所定位置に停止させることが好ましく、このようなピストンの所定位置への停止は、電動モータによって行うことが可能である。

本発明によれば、内燃機関の停止中において、キャパシタの電圧を監視して、その電圧が所定値を下回った場合には、内燃機関の始動を行ってキャパシタの充電を行うようにしている。これにより、内燃機関の始動が不可能になる事態に陥ることを回避できる。したがって、内燃機関の次の始動が確実に行えるようになる。

本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。この実施形態では、本発明を自動車に搭載された多気筒（例えば４気筒）ガソリンエンジンに適用した場合について説明する。

図１に例示するエンジンの制御システムには、直列型４気筒のエンジン１０およびその制御主体であるエンジン制御装置（ＥＣＵ）１００に加え、エンジン始動用のキャパシタ１１０、補機用のバッテリ１２０等が備えられている。なお、エンジンの気筒数は４気筒以外であってもよい。また、エンジンの型式はＶ型であっても、水平対向型であってもよい。

ここで、制御システムの詳しい説明に先立ち、エンジン１０の基本的な構成について、図２を用いて説明する。なお、図２にはエンジン１０の１気筒の構成のみを示している。

図２に例示するエンジン１０は、火花点火式レシプロエンジンであり、筒内直噴式のインジェクタ（燃料噴射弁）２０によりシリンダ（気筒）１１の燃焼室１２内へ燃料を直接噴射して混合気を生成するようになっている。

エンジン１０のシリンダブロックに形成された各シリンダ１１内にはピストン３０が設けられており、シリンダ１１内での混合気の燃焼にともなってこのピストン３０が往復運動する。このピストン３０の往復運動は、コネクティングロッド３１を介してクランクシャフト３２に伝達され、ここで回転運動に変換されて、エンジン１０の出力として取り出されるようになっている。クランクシャフト３２には、外周面に複数の突起（歯）を有するシグナルロータが取り付けられており、このシグナルロータの側方近傍には、エンジンクランク角や回転数の検出に利用されるクランク角センサ３３が配置されている。このクランク角センサ３３は、クランクシャフト３２が回転する際に、シグナルロータの突起に対応するパルス状の信号（出力パルス）を発生する。

エンジン１０には、シリンダ１１内の圧力（筒内圧）を検出する圧力センサ１４が配置されている。また、エンジン１０には、シリンダ１１の周囲に設けられるウォータジャケット（図示せず）内の冷却水温度を検出する冷却水温センサ１５が配置されている。

エンジン１０の吸気系としては、吸気通路４０、インテークマニホールド４１、シリンダヘッド１３に形成された吸気ポート４２が備えられている。吸気ポート４２は、吸気バルブ４３によって開閉可能となっている。吸気バルブ４３は、吸気カムシャフト４４により駆動される。この吸気カムシャフト４４は、クランクシャフト３２から取り出される動力がタイミングベルト等によって伝達されて回転駆動される。吸気カムシャフト４４の近傍には、気筒判別用のカム角センサ４８が配置されている。このカム角センサ４８は、吸気カムシャフト４４に一体的に設けられたロータ外周面の１個の突起（歯）に対向するように配置されており、吸気カムシャフト４４が回転する際に、パルス状の信号を出力する。なお、吸気カムシャフト４４は、クランクシャフト３２の１／２の回転速度で回転するので、クランクシャフト３２が７２０°回転するごとにカム角センサ４８が１つのパルス状の信号（出力パルス）を発生する。

また、エンジン１０は、吸気通路４０におけるエアクリーナ４５の下流側に設けられたスロットルボディ５０により吸入空気量が調整されるようになっている。このスロットルボディ５０は、バタフライバルブでなるスロットルバルブ５１と、このスロットルバルブ５１を開閉駆動するスロットルモータ５２と、スロットルバルブ５１の開度を検出するスロットル開度センサ５３とを備えている。エンジン制御装置１００は、ユーザにより操作されるアクセルペダル５４の開度を検知するアクセル開度センサ５５からの出力を取得して、スロットルモータ５２に制御信号を送り、スロットル開度センサ５３からの開度フィードバック信号に基づいて、スロットルバルブ５１を適切な開度に制御する。これにより、エンジン１０のシリンダ１１内へ導入する空気の量を制御する。また、吸気通路４０には、吸入空気量を検出するエアフローセンサ４６と、吸入空気温度を検出する吸気温度センサ４７とが配置されている。

一方、エンジン１０の排気系としては、シリンダヘッド１３に形成された排気ポート６１、エキゾーストマニホールド６２、排気通路６０が備えられている。エキゾーストマニホールド６２の下流側には、排気ガスを浄化するための触媒コンバータ６６が設置されている。排気ポート６１は、排気バルブ６３によって開閉可能となっている。排気バルブ６３は、排気カムシャフト６４により駆動される。この排気カムシャフト６４は、クランクシャフト３２から取り出される動力がタイミングベルト等によって伝達されて回転駆動される。排気通路６０には、排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ₂センサ６５が配置されている。

インジェクタ２０は、燃料蓄圧容器としてのデリバリパイプ２１に接続されており、このデリバリパイプ２１から燃料が供給されるようになっている。インジェクタ２０によってシリンダ１１（燃焼室１２）内へ直接噴射された燃料は、上記吸気系を経てシリンダ１１内へ導入された空気とともに混合気を形成する。このインジェクタ２０からの燃料噴射は、エンジン１０の負荷やエンジン回転数に応じたエンジン制御装置１００の演算処理により、噴射タイミングおよび噴射量が調整される。

また、シリンダヘッド１３には、点火プラグ（点火栓）７０が配設されている。この点火プラグ７０の点火動作のタイミングは、エンジン１０のクランク角に応じて調整される。

エンジン１０の運転時には、エンジン１０の吸入行程において、吸気バルブ４３により吸気ポート４２が開かれることにより吸入空気が吸気ポート４２を通じてシリンダ１１内に導入される。このシリンダ１１内への吸入空気の導入とともにインジェクタ２０から燃料がシリンダ１１内に噴射されることで、混合気が形成される。シリンダ１１内の混合気は、圧縮行程において、圧縮される。そして、膨張行程において、点火プラグ７０によって着火されることで燃料が燃焼する。その燃焼圧力（爆発力）はピストン３０に伝えられ、これにより、ピストン３０が往復運動してクランクシャフト３２が回転する。

燃焼後の混合気は排気ガスとなり、排気バルブ６３の開弁動作にともなって、排気ポート６１を経てエキゾーストマニホールド６２に排出される（排気行程）。そして、排気ガスは、触媒コンバータ６６により浄化された後、排気通路６０を経て大気中へ放出される。

エンジン１０には、その運転を制御するために運転に関する情報、および、エンジン１０の制御に関する情報を取得するために、センサ類が取り付けられている。この場合、センサ類は、圧力センサ１４、冷却水温センサ１５、クランク角センサ３３、エアフローセンサ４６、吸気温度センサ４７、カム角センサ４８、スロットル開度センサ５３、アクセル開度センサ５５、Ｏ₂センサ６５等である。

エンジン制御装置１００は、これらのセンサ類からの出力を取得して、エンジン１０の運転を制御する。エンジン制御装置１００は、演算処理装置（ＣＰＵまたはＭＰＵ）、記憶装置（ＲＡＭおよびＲＯＭ）、入・出力インターフェースを主体とするマイクロコンピュータにより構成される。この場合、エンジン制御装置１００の記憶装置には、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶される。演算処理装置は、記憶装置に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、エンジン制御装置１００の入力インターフェースには、上述したセンサ類が接続されている。また、後述する電圧センサ１１１，１２１、ＡＣＣリレー１４４等が入力インターフェースに接続されている。

一方、エンジン制御装置１００の出力インターフェースには、上述したインジェクタ２０、スロットルモータ５２、イグナイタ７１等が接続されている。また、後述する位置調整用モータ３４、メータ１５０等が出力インターフェースに接続されている。

次に、エンジン１０の制御システムについて説明する。図１では、この制御システムのエンジン１０の始動に関する構成を主に示している。

上述したように、この制御システムには、エンジン１０およびエンジン制御装置１００に加え、始動用キャパシタ１１０、補機用バッテリ１２０等が備えられている。また、オルタネータ１３０、周辺機器１４０、メータ１５０等が備えられている。

始動用キャパシタ１１０は、点火プラグ７０へ電力を供給して、エンジン１０を始動させるためのものであって、例えば、電気二重層キャパシタとして構成される。詳しくは、エンジン制御装置１００からエンジン１０のクランク角に応じた所定のタイミングでイグナイタ７１にエンジン始動命令が送られると、イグナイタ７１が一瞬の間だけ接続状態になり、始動用キャパシタ１１０に蓄えられた電力がイグニッションコイル（ＩＧコイル）７２に供給される。ＩＧコイル７２は、始動用キャパシタ１１０側の１次コイルと、点火プラグ７０に接続された２次コイルとを備えている。

そして、イグナイタ７１が接続状態になる一瞬の間だけ始動用キャパシタ１１０からの電圧がＩＧコイル７２の１次コイルに供給されることで、電磁誘導により２次コイルに高電圧が発生するようになっている。このＩＧコイル７２の２次コイルに発生した高電圧が点火プラグ７０に供給されることによって、火花が発生し、これにより、シリンダ１１内の混合気への点火動作が行われるようになっている。このように、始動用キャパシタ１１０は、点火プラグ７０の点火動作用、つまり、エンジン１０の始動用に設けられている。

始動用キャパシタ１１０には、その電圧を検出する電圧センサ１１１が付設されている。電圧センサ１１１からの検出出力に基づいて、始動用キャパシタ１１０の充電量を推定することが可能になっている。

補機用バッテリ１２０は、自動車に搭載されている周辺機器１４０に電力を供給するためのものであって、例えば、鉛蓄電池として構成される。周辺機器１４０の一例として、ＴＶ１４１、ＤＳＲＣ１４２などが挙げられる。補機用バッテリ１２０から周辺機器１４０への電力供給のオンオフは、ＡＣＣリレー１４４のオンオフにより切り替えられる。つまり、ＡＣＣリレー１４４がオンの状態のとき、周辺機器１４０に補機用バッテリ１２０に蓄えられた電力が供給され、その周辺機器１４０が利用可能になる。

補機用バッテリ１２０には、その電圧を検出する電圧センサ１２１が付設されている。電圧センサ１２１からの検出出力に基づいて、補機用バッテリ１２０の充電量を推定することが可能になっている。

オルタネータ１３０は、始動用キャパシタ１１０および補機用バッテリ１２０を充電するための発電機である。オルタネータ１３０は、エンジン１０の駆動時、クランクシャフト３２から取り出される動力がベルト等によって伝達されることで駆動され、その駆動力によって発電を行う。オルタネータ１３０により発生された電力は始動用キャパシタ１１０および補機用バッテリ１２０に蓄えられる。

メータ１５０は、エンジン１０の運転状態に関する各種の情報を表示するための表示装置である。メータ１５０は、例えば、車室内の運転席の前方に配置されるコンビネーションメータとして構成される。また、エンジン制御装置１００は、ユーザが所持している通信機器１６０との間で情報の送受信を行うことが可能になっている。

ここで、エンジン１０の制御システムにおける始動用キャパシタ１１０によるエンジン１０の始動について説明する。この実施形態の制御システムでは、エンジン始動用として従来一般に用いられるスタータモータを備えない構成を採用している。そして、スタータモータによらずに、始動用キャパシタ１１０からの電力供給による点火に基づく特定のシリンダ１１における燃焼によって、エンジン１０の回転を開始させ、そのエンジン１０の始動を行うようにしている。ここでは、そのようなエンジン１０の始動を「着火始動」と呼ぶ。

エンジン１０の着火始動は、特定のシリンダ１１に対するインジェクタ２０の燃料噴射動作および始動用キャパシタ１１０による点火プラグ７０の点火動作によって行われる。具体的には、エンジン１０の停止の際、膨張行程にあったシリンダ１１に対し、初回の燃料噴射および点火を行って燃焼させる（初爆）。この燃焼による爆発力がピストン３０に伝えられ、クランクシャフト３２の回転力になる。次に、エンジン１０の停止の際、圧縮行程にあったシリンダ１１が所定の位置まで移動したときに、燃料噴射および点火を行い燃焼させ、さらに、エンジン１０の停止の際、吸気行程にあったシリンダ１１が所定の位置まで移動したときに、燃料噴射および点火を行って燃焼させる。その後、通常の燃料噴射および点火を行ってエンジン１０を始動させるようにしている。

始動用キャパシタ１１０による点火プラグ７０の点火動作は、エンジン制御装置１００から特定のシリンダ１１に対応するイグナイタ７１にエンジン始動命令が送られることで、所定のタイミングで行われるようになっている。また、インジェクタ２０の燃料噴射動作も、エンジン制御装置１００から特定のシリンダ１１に対応するインジェクタ２０にエンジン始動命令が送られることで、所定のタイミングで行われるようになっている。

そして、エンジン１０の停止時には、膨張行程にあるシリンダ１１のピストン３０を最適位置に停止させる。この場合、位置調整用モータ３４を駆動して、クランクシャフト３２を回転させ、ピストン３０をエンジン１０の着火始動に最適な位置まで移動させる。エンジン１０の着火始動の際、初回の燃料噴射および点火を行う特定のシリンダ１１（膨張行程にあるシリンダ１１）のピストン３０が最適な位置で停止するように、位置調整用モータ３４を駆動させる。この位置調整用モータ３４の出力軸は、ギヤ等を介してクランクシャフト３２に連結されている。位置調整用モータ３４は電動モータであって、その駆動は、始動用キャパシタ１１０の電力を供給することで行うことが可能である。ただし、補機用バッテリ１２０の電力を供給して位置調整用モータ３４の駆動させてもよい。なお、ピストン３０の最適位置は、予め実験・計算等によって経験的に設定される。

ところで、上述のような始動用キャパシタ１１０によるエンジン１０の着火始動に必要な条件は、始動用キャパシタ１１０の充電量（電圧）、および、特定のシリンダ１１（膨張行程にあるシリンダ１１）の筒内圧であるとされる。このため、この実施形態のエンジン１０の制御システムでは、エンジン１０の停止後（エンジン１０の停止中）にエンジン１０の着火始動が不可能な状態に陥らないように、以下に述べるような制御を行うようにしている。この制御は、エンジン制御装置１００によって実行される。次に、このエンジン制御装置１００が実行するエンジン１０の着火始動のための制御について、図３、図４のフローチャートを参照して説明する。この図３、図４に示すルーチンは、一定周期ごとに繰り返される。なお、図３、図４は、この制御システムのエンジン停止中の動作を示す図であるが、図３にその一部を示し、図４にその残部を示している。

まず、エンジン制御装置１００は、エンジン１０を停止し、ピストン３０を最適位置に移動させる（ステップＳＴ１１，ＳＴ１２）。この場合、位置調整用モータ３４を駆動して、クランクシャフト３２を回転させ、ピストン３０をエンジン１０の着火始動に最適な位置まで移動させる。

次に、ステップＳＴ１３において、エンジン制御装置１００は、ＡＣＣリレー１４４がオンかオフかを判定する。ＡＣＣリレー１４４のオンオフ判定を行うのは、車室内にユーザがいるかどうかを判断するためであって、車室内にユーザがいる場合と、いない場合とでその後の制御が異なるからである。

そして、ＡＣＣリレー１４４がオンの場合、車室内にユーザが残っており、周辺機器１４０（ＴＶ１４１やＤＳＲＣ１４２など）を利用する可能性があるとして、ステップＳＴ２６へ移行し、ステップＳＴ４３までの処理を行う。一方、ＡＣＣリレー１４４がオフの場合、車室内にはユーザがおらず、周辺機器１４０を利用する可能性がないとして、ステップＳＴ１４へ移行し、ステップＳＴ２５までの処理を行う。ここでは、まず、ＡＣＣリレー１４４がオフの状態のステップＳＴ１４〜ＳＴ２５の処理について説明する。

ステップＳＴ１４において、エンジン制御装置１００は、シリンダ１１の筒内圧を確認し、その筒内圧が所定圧以上であるか否かを判定する。この判定は、圧力センサ１４からの検出出力に基づいて行うことが可能である。このシリンダ１１の筒内圧の判定は、エンジン１０の着火始動の際、初回の燃料噴射および点火を行う特定のシリンダ１１に対して行う。このように、エンジン１０の停止中にシリンダ１１の筒内圧を監視するのは、エンジン１０の着火始動を行う上でシリンダ１１の筒内圧が所定圧以上であることが必要であるからである。そして、エンジン１０の停止中は、シリンダ１１の筒内圧が徐々に低下していくため、シリンダ１１の筒内圧が所定圧以上ではない場合、筒内圧を上昇させてエンジン１０の着火始動が可能な状態にする必要があるからである。なお、所定圧は、予め実験・計算等によって経験的に設定される閾値である。

そして、シリンダ１１の筒内圧が上記所定圧以上である場合には、エンジン１０の着火始動が可能な状態にあるとして、ステップＳＴ１５へ移行する。一方、シリンダ１１の筒内圧が所定圧を下回っている場合には、エンジン１０の着火始動が不可能な状態になっているとして、ステップＳＴ２２へ移行する。

ステップＳＴ１５において、エンジン制御装置１００は、始動用キャパシタ１１０の電圧を確認し、その電圧が所定値以上であるか否かを判定する。つまり、始動用キャパシタ１１０の充電量が所定値以上であるか否かが判定される。この判定は、電圧センサ１１１の検出出力に基づいて行うことが可能である。このように、エンジン１０の停止中に始動用キャパシタ１１０の電圧を監視するのは、エンジン１０の着火始動を行う上で始動用キャパシタ１１０の電圧が所定値以上であることが必要であるからである。そして、エンジン１０の停止中は、始動用キャパシタ１１０の電圧が自己放電により徐々に低下していくため、始動用キャパシタ１１０の電圧が所定値以上ではない場合、始動用キャパシタ１１０の充電を行ってエンジン１０の着火始動が可能な状態にする必要があるからである。なお、所定値は、予め実験・計算等によって経験的に設定される閾値である。

そして、始動用キャパシタ１１０の電圧が所定値以上である場合には、エンジン１０の着火始動が可能な状態にあるとして、このルーチンを終了する。一方、始動用キャパシタ１１０の電圧が所定値を下回っている場合には、エンジン１０の着火始動が不可能な状態になっているとして、ステップＳＴ１６へ移行する。

ステップＳＴ１６〜ＳＴ２１は、始動用キャパシタ１１０の充電を行ってエンジン１０の着火始動が可能な状態に復帰させる処理である。詳細には、まず、ステップＳＴ１６で、エンジン制御装置１００は、無線通信によりエンジン１０の再始動（着火始動）の通知をユーザに対して行う。この場合、エンジン１０の着火始動を行って始動用キャパシタ１１０の充電を行う旨をユーザが所持する通信機器１６０へ送信する。つまり、車室内にいないユーザに対してエンジン１０の着火始動を行うことを無線で予め伝えるようにする。

次に、ステップＳＴ１７において、エンジン制御装置１００は、エンジン１０の着火始動を行う。つまり、上述したように、燃料噴射および点火を、特定のシリンダ１１に対してまず行った後、それに続くシリンダ１１に対しても順次行って、エンジン１０を始動させる。

このエンジン１０の始動にともなって、オルタネータ１３０が駆動し、このオルタネータ１３０による始動用キャパシタ１１０の充電が開始される（ステップＳＴ１８）。これにより、始動用キャパシタ１１０が充電され、その電圧が上昇する。

そして、ステップＳＴ１９で、エンジン制御装置１００は、始動用キャパシタ１１０の電圧が所定値以上になったか否かを判定する。この場合、所定値は、上記ステップＳＴ１５の所定値よりも大きい値に設定される。この所定値は、頻繁にステップＳＴ１５の所定値を下回ることを回避するために、電圧が最大値の状態あるいはそれに近い状態に設定することが好ましい。

そして、始動用キャパシタ１１０の電圧が所定値を下回っている場合には、その電圧が所定値以上になるまで、始動用キャパシタ１１０の充電を続行する。一方、始動用キャパシタ１１０の電圧が所定値以上になった場合には、エンジン１０を停止し、ピストン３０を最適位置に移動させ（ステップＳＴ２０，ＳＴ２１）、このルーチンを終了する。ステップＳＴ２０，ＳＴ２１の処理は、上記ステップＳＴ１１，ＳＴ１２と同様の処理になっている。なお、この場合、特定のシリンダ１１、つまり、エンジン１０の停止時に膨張行程にあるシリンダ１１は、上記ステップＳＴ１１，ＳＴ１２の場合と異なっていてもよい。

ステップＳＴ２２〜ＳＴ２５は、シリンダ１１の筒内圧をエンジン１０の始動が可能な状態に復帰させる処理である。詳細には、まず、ステップＳＴ２２で、エンジン制御装置１００は、無線通信によりエンジン１０の再始動（着火始動）の通知をユーザに対して行う。この場合、エンジン１０の着火始動を行ってシリンダ１１の筒内圧を上昇させる旨をユーザが所持する通信機器１６０へ送信する。つまり、車室内にいないユーザに対してエンジン１０の着火始動を行うことを無線で予め伝えるようにする。

次に、ステップＳＴ２３において、エンジン制御装置１００は、エンジン１０の着火始動を行う。つまり、上述したように、燃料噴射および点火を、特定のシリンダ１１に対してまず行った後、それに続くシリンダ１１に対しても順次行って、エンジン１０を始動させる。このエンジン１０の始動にともなって、クランクシャフト３２が回転し、吸気ポート４２が開き、吸気ポート４２からシリンダ１１内へ空気が吸入される。これにより、シリンダ１１内の空気量が増え、シリンダ１１の筒内圧を上昇させることが可能になる。

そして、エンジン制御装置１００は、エンジン１０を停止し、ピストン３０を最適位置に移動させ（ステップＳＴ２４，ＳＴ２５）、このルーチンを終了する。ステップＳＴ２４，ＳＴ２５の処理は、上記ステップＳＴ１１，ＳＴ１２と同様の処理になっている。なお、この場合、特定のシリンダ１１、つまり、エンジン１０の停止時に膨張行程にあるシリンダ１１は、上記ステップＳＴ１１，ＳＴ１２の場合と異なっていてもよい。

続いて、ＡＣＣリレー１４４がオンの状態のステップＳＴ２６〜ＳＴ４３の処理について説明する。

ステップＳＴ２６において、エンジン制御装置１００は、補機用バッテリ１２０の電圧を確認し、その電圧が所定値以上であるか否かを判定する。この判定は、電圧センサ１２１の検出出力に基づいて行うことが可能である。

そして、補機用バッテリ１２０の電圧が所定値以上である場合には、ステップＳＴ３０へ移行する。一方、補機用バッテリ１２０の電圧が所定値を下回っている場合には、ステップＳＴ２７で、エンジン制御装置１００は、メータ１５０によりエンジン１０の再始動の要求をユーザに対して行う。この場合、エンジン１０の始動を行って補機用バッテリ１２０の充電を促す旨をメータ１５０に表示する。つまり、車室内に残っているユーザに対して、ユーザ自らがエンジン１０の始動を行うように促す。

そして、エンジン制御装置１００は、メータ１５０の表示を行ってから所定時間が経過した場合には、ＡＣＣリレー１４４をオフの状態にして（ステップＳＴ２８，ＳＴ２９）、このルーチンを終了する。このように、ユーザ自身の手によってエンジン１０の始動が行われなかった場合、エンジン１０の始動を自動的に行わず、補機用バッテリ１２０の充電を行わないようにしている。また、ＡＣＣリレー１４４をオフの状態にして、補機用バッテリ１２０の過放電を防止するようにしている。

ステップＳＴ３０において、エンジン制御装置１００は、シリンダ１１の筒内圧を確認し、その筒内圧が所定圧以上であるか否かを判定する。この判定は、上記ステップＳＴ１４と同様の判定になっているので、その詳しい説明は省略する。

そして、シリンダ１１の筒内圧が所定圧以上である場合には、エンジン１０の着火始動が可能な状態にあるとして、ステップＳＴ３１へ移行する。一方、シリンダ１１の筒内圧が所定圧を下回っている場合には、エンジン１０の着火始動が不可能な状態になっているとして、ステップＳＴ３９へ移行する。

ステップＳＴ３１において、エンジン制御装置１００は、始動用キャパシタ１１０の電圧を確認し、その電圧が所定値以上であるか否かを判定する。この判定は、上記ステップＳＴ１５と同様の判定になっているので、その詳しい説明は省略する。

そして、始動用キャパシタ１１０の電圧が所定値以上である場合には、エンジン１０の着火始動が可能な状態にあるとして、このルーチンを終了する。一方、始動用キャパシタ１１０の電圧が所定値を下回っている場合には、エンジン１０の着火始動が不可能な状態になっているとして、ステップＳＴ３２へ移行する。

ステップＳＴ３２〜ＳＴ３８は、始動用キャパシタ１１０の充電を行ってエンジン１０の着火始動が可能な状態に復帰させる処理である。詳細には、まず、ステップＳＴ３２で、エンジン制御装置１００は、メータ１５０によりエンジン１０の再始動の要求をユーザに対して行う。この場合、エンジン１０の始動を行って始動用キャパシタ１１０の充電を促す旨をメータ１５０に表示する。つまり、車室内に残っているユーザに対して、ユーザ自らがエンジン１０の始動を行うように促す。

そして、エンジン制御装置１００は、メータ１５０の表示を行ってから所定時間が経過した場合には、エンジン１０の着火始動を行う（ステップＳＴ３３，ＳＴ３４）。このように、ユーザ自身の手によってエンジン１０の始動が行われない場合、上述の補機用バッテリ１２０の充電の場合とは異なって、エンジン１０の着火始動を自動的に開始するようにしている。そして、これにより、始動用キャパシタ１１０の充電を行ってエンジン１０の着火始動が可能な状態に復帰させるようにしている。

ステップＳＴ３４〜ＳＴ３８の処理は、上記ステップＳＴ１７〜ＳＴ２１と同様の処理になっているので、その詳しい説明は省略する。

ステップＳＴ３９〜ＳＴ４３は、シリンダ１１の筒内圧をエンジン１０の始動が可能な状態に復帰させる処理である。詳細には、まず、ステップＳＴ３９で、エンジン制御装置１００は、メータ１５０によりエンジン１０の再始動の要求をユーザに対して行う。この場合、エンジン１０の始動を行ってシリンダ１１の筒内圧の上昇を促す旨をメータ１５０に表示する。つまり、車室内に残っているユーザに対して、ユーザ自らがエンジン１０の始動を行うように促す。

そして、エンジン制御装置１００は、メータ１５０の表示を行ってから所定時間が経過した場合には、エンジン１０の着火始動を行う（ステップＳＴ４０，ＳＴ４１）。このように、ユーザ自身の手によってエンジン１０の始動が行われない場合、上述の補機用バッテリ１２０の充電の場合とは異なって、エンジン１０の着火始動を自動的に開始するようにしている。そして、これにより、シリンダ１１の筒内圧を上昇させてエンジン１０の着火始動が不可能な状態に復帰させるようにしている。

ステップＳＴ４１〜ＳＴ４３の処理は、上記ステップＳＴ２３〜ＳＴ２５と同様の処理になっているので、その詳しい説明は省略する。

以上述べたように、この実施形態では、エンジン１０の停止中において、始動用キャパシタ１１０の電圧を監視して、その電圧が所定値を下回った場合には、エンジン１０の着火始動を行って始動用キャパシタ１１０の充電を行うようにしている。これにより、始動用キャパシタ１１０が過放電となる事態を回避でき、エンジン１０の着火始動が不可能になる事態に陥ることを回避できる。したがって、次のエンジン１０の着火始動が確実に行えるようになる。

また、エンジン１０の停止中において、次のエンジン１０の着火始動のときの初回の燃料噴射および点火を行う特定のシリンダ１１の筒内圧を監視して、その筒内圧が所定圧を下回った場合には、エンジン１０の着火始動を行って筒内圧を上昇させるようにしている。これにより、エンジン１０の着火始動が不可能になる事態に陥ることを回避できる。したがって、次のエンジン１０の着火始動が確実に行えるようになる。

一方、補機用バッテリ１２０については、エンジン１０の停止中において、その電圧を監視し、その電圧が所定値を下回ったとしても、ユーザに対しエンジン１０の始動を促すだけで、自動的にはエンジン１０の着火始動を行って補機用バッテリ１２０の充電を行わないようにしている。ここで、補機用バッテリ１２０をエンジン始動にも用いる場合、補機用バッテリ１２０を予め設定された放電終止電圧（例えば、１０．５ボルト）以上の電圧でしか使用することができなかった。これに対し、この実施形態では、始動用キャパシタ１１０によりエンジン始動を行うので、補機用バッテリ１２０の充電を行わないで限界まで使い切ることが可能になる。また、このように、補機用バッテリ１２０の充電を途中で行わないようにすることで、補機用バッテリ１２０の寿命を延ばすことが可能になり、好ましい。

ここで、上述のような構成のエンジン１０の制御システムにおけるフェールセーフとして、次のような構成を採用することが可能である。

エンジン制御装置１００やセンサ類の異常や故障により、エンジン１０の始動が不可能になる状態が発生することが予測される。そこで、この場合のフェールセーフとして、ピストン３０の位置調整用モータ３４を駆動して、シリンダ１１の内圧を上昇させ、始動用キャパシタ１１０によりエンジン１０の着火始動を行うことが可能である。このとき、始動用キャパシタ１１０が過放電の状態になっていれば、エンジン１０の着火始動を行うことができないため、この場合には、補機用バッテリ１２０から点火プラグ７０へ電力を供給して、エンジン１０の着火始動を行うようにする。ただし、補機用バッテリ１２０も同時に過放電の状態になっていれば、従来と同様のバッテリ上がりの状態となって、エンジン１０の始動は不可能になる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、ここに示した実施形態は一例であり、さまざまに変形することが可能である。例えば、ハイブリッド車の場合、位置調整用モータとしてモータジェネレータを利用することが可能である。また、オルタネータの代わりに、発電機としてモータジェネレータを利用することも可能である。

実施形態に係るエンジンの制御システムの概略構成を示す図である。 エンジンの概略構成を示す図である。 図１の制御システムのエンジン停止中の動作を示すフローチャートの一部である。 図１の制御システムのエンジン停止中の動作を示すフローチャートの残部である。

符号の説明

１０ エンジン
１１ シリンダ
１４ 圧力センサ
２０ インジェクタ
３０ ピストン
７０ 点火プラグ
１００ エンジン制御装置
１１０ 始動用キャパシタ
１１１ 電圧センサ
１３０ オルタネータ

Claims (5)

1. キャパシタからの電力供給による点火に基づく特定の気筒における燃焼によって回転を開始させ、始動を行うように構成された内燃機関の制御装置であって、
   前記キャパシタの電圧を検出する電圧検出手段と、
   内燃機関の駆動にともないキャパシタの充電を行う発電手段と、
   内燃機関の停止中に、前記キャパシタの電圧が所定値を下回った場合には、内燃機関の始動を行って、キャパシタの充電を行った後、内燃機関を再び停止させる制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. キャパシタからの電力供給による点火に基づく特定の気筒における燃焼によって回転を開始させ、始動を行うように構成された内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の気筒の筒内圧を検出する圧力検出手段と、
   内燃機関の停止中に、前記特定の気筒の筒内圧が所定圧を下回った場合には、内燃機関の始動を行って、筒内圧を上昇させた後、内燃機関を再び停止させる制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. キャパシタからの電力供給による点火に基づく特定の気筒における燃焼によって回転を開始させ、始動を行うように構成された内燃機関の制御装置であって、
   前記キャパシタの電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記内燃機関の気筒の筒内圧を検出する圧力検出手段と、
   内燃機関の駆動にともないキャパシタの充電を行う発電手段と、
   内燃機関の停止中に、前記キャパシタの電圧が所定値を下回った場合には、内燃機関の始動を行って、キャパシタの充電を行った後、内燃機関を再び停止させるとともに、前記特定の気筒の筒内圧が所定圧を下回った場合には、内燃機関の始動を行って、筒内圧を上昇させた後、内燃機関を再び停止させる制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 前記制御手段は、内燃機関の停止の際および再度の停止の際、膨張行程にある気筒内のピストンをこの気筒の筒内圧が所定値以上となる所定位置に停止させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記ピストンの所定位置への停止は、電動モータによって行われることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。

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