JP5403268B2 - 内燃機関の始動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、停車時にアイドルストップする車両の内燃機関の始動制御装置に関し、詳しくは、アイドルストップ後の再始動における内燃機関の始動制御に関する。

従来、自動車では燃費を向上させる手段として、交差点等での走行停止時に内燃機関のアイドル運転を停止させるアイドルストップ機能を備えたアイドルストップ車が知られている。
アイドルストップ機能とは、車両走行時に交差点で停止するなどし、所定の停止条件が成立した時に内燃機関のアイドル運転を停止させ、その後、所定の再始動条件が成立した時に内燃機関を再始動させ車両を発進させるものである。

また、内燃機関の再始動は、再始動条件が成立すると、内燃機関のクランクシャフトをスタータで回転させ、クランクシャフトの回転信号とカムシャフトの回転信号より噴射タイミングとなった気筒を識別し、その噴射タイミングとなった気筒に対して燃料を噴射し、混合気を形成して燃焼室で点火栓により点火され、混合気を燃焼し始動させている。
このように、再始動条件が成立し、スタータによりクランクシャフトを回転させ気筒識別を行ってから燃料の噴射及び混合気に点火すると、スタータ作動直後に燃料が噴射されていない気筒が点火タイミングとなった場合でも燃焼させることはできず、内燃機関の始動に時間がかかるといった問題がある。

この様なことから、例えば、吸気ポート噴射式内燃機関では、内燃機関の自動停止直前に内燃機関が自動停止状態となった時に圧縮行程にて吸気弁と排気弁とが共に閉じた状態になると推定される気筒の吸気ポートに燃料を噴射し混合気を形成し、該混合気を燃焼室内に吸引し、再始動時に混合気に点火し内燃機関の運転開始を迅速にすることができる内燃機関自動停止始動制御装置が開発されている（特許文献１）。

特開２００１−３４２８７６号公報

上記特許文献１の内燃機関自動停止始動制御装置では、予め自動停止状態となった場合に圧縮行程にて吸気弁と排気弁とが共に閉弁した状態である気筒を推定し、自動停止後或いは自動停止直前に吸気ポート内に燃料を噴射し、燃焼室内に混合気を生成し内燃機関の運転開始を迅速にしている。
しかしながら、上記特許文献１の構成は、各気筒の圧縮行程にて吸気弁と排気弁が共に閉弁した状態の推定を行っており、複雑な構成となっている。

本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、簡単な構成で、アイドルストップからの再始動を迅速に行うことのできる内燃機関の始動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の内燃機関の始動制御装置は、複数気筒を有する内燃機関の始動制御装置であって、前記内燃機関の各燃焼室へ向けて燃料を噴射する燃料噴射手段を制御する燃料噴射制御手段と、所定の自動停止条件に基づき前記内燃機関を自動停止し、所定の再始動条件に基づき自動停止中の該内燃機関を再始動させるアイドルストップ制御手段と、前記各燃焼室内の混合気に点火する点火手段を制御する点火制御手段と、前記複数気筒の内の気筒の識別を行う気筒識別手段と、を備え、前記燃料噴射制御手段は、前記所定の停止条件に基づき停止した後で、前記再始動条件成立前に前記内燃機関の全気筒に再始動用燃料を噴射させ、前記点火制御手段は、前記所定の再始動条件が成立すると前記気筒識別手段により気筒識別された圧縮行程にある気筒及び該圧縮行程にある気筒と点火時期がクランク角で３６０°ずれた気筒で同時に点火を行うことを特徴とする。

また、請求項２の内燃機関の始動制御装置では、請求項１において、前記燃料噴射制御手段は、前記所定の再始動条件成立後には、前記気筒識別手段にて気筒識別された気筒と同期させて燃料を噴射させることを特徴とする。
また、請求項３の内燃機関の始動制御装置では、請求項１または２において、前記点火制御手段は、前記所定の再始動条件成立後の前記圧縮行程にある気筒及び該圧縮行程にある気筒と点火時期がクランク角で３６０°ずれた気筒に点火した後には、前記気筒識別手段にて気筒識別された気筒と同期させて点火を行うことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、燃料噴射制御手段で所定の自動停止条件に基づき停止した後で、再始動条件成立前に内燃機関の全気筒の燃焼室に向け再始動用燃料の噴射を行うようにしている。
このように、内燃機関停止後で、再始動条件成立前に全ての燃焼室に向け再始動用燃料を噴射しているので、再始動後の圧縮行程にある気筒が不明な場合であっても、圧縮行程にある気筒に再始動用燃料の供給を行うことができる。

従って、再始動直後の圧縮行程にある気筒が不明な場合であっても、圧縮行程にある気筒に再始動用燃料の供給を行うことができるので、簡単な構成でアイドルストップからの再始動を迅速に行うことができる。
また、点火制御手段で所定の再始動条件が成立すると圧縮行程にある気筒及び該圧縮行程にある気筒と点火時期がクランク角で３６０°ずれた気筒で同時に点火を行うようにしているので、再始動後の圧縮行程にある気筒が不明な場合であっても、圧縮行程にある気筒で点火を行うことができ、再始動直後の圧縮行程にある気筒が不明な場合であっても、圧縮行程にある気筒で点火を行うことができるので、簡単な構成でアイドルストップからの再始動を更に迅速に行うことができる。

請求項２の発明によれば、所定の再始動条件成立後には、気筒識別手段にて気筒識別された気筒と同期させて燃料を噴射させるので、アイドルストップからの再始動後、気筒識別された気筒で燃料を噴射する通常運転に迅速に移行することができ、始動用燃料の燃焼に続き燃焼を良好に継続することができる。
請求項３の発明によれば、所定の再始動条件成立後の圧縮行程にある気筒及び該圧縮行程にある気筒と点火時期がクランク角で３６０°ずれた気筒で点火を行った後には、気筒識別手段にて気筒識別された気筒と同期させて点火を行うので、アイドルストップからの再始動を迅速にすることができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の始動制御装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係るセンシングリングの概略図である。 本発明の実施形態に係る内燃機関の始動制御装置の再始動制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る時系列での各気筒の行程を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の始動制御装置の概略構成図であり、図１は、センシングリングの概略図であり、図中の矢印は回転方向を示す。以下、当該内燃機関の始動制御装置の構成を説明する。
図１に示すように、エンジン１（内燃機関）は多気筒（例えば、４気筒）の吸気ポート噴射型ガソリンエンジンであり、詳しくは、図示しない燃料タンクより図示しない燃料ポンプにより燃料を各気筒の吸気マニホールド（吸気通路）２にそれぞれ設けられた燃料噴射弁（燃料噴射手段）３に供給し、任意の噴射時期及び噴射量で当該燃料噴射弁３から吸気マニホールド２と連通する吸気ポート（吸気通路）４ｂ内に噴射可能な構成を成している。

また、エンジン１は、複数の気筒を有するシリンダブロック５と各気筒内に上下摺動可能なピストン６及びシリンダブロック５の上に取り付けられたシリンダヘッド４にて燃焼室４ａを形成している。
また、シリンダヘッド４には、燃焼室４ａに臨んで混合気に点火を行う点火プラグ（点火手段）１５が設けられている。

燃焼室４ａには、吸気ポート４ｂと排気ポート４ｃが連通されている。
吸気ポート４ｂには、燃焼室４ａと吸気ポート４ｂの連通と遮断を行う吸気バルブ１０が設けられておりバルブリフター１２を介して吸気カムシャフト１３により駆動され、排気ポート４ｃには、燃焼室４ａと排気ポート４ｃとの連通と遮断を行う排気バルブ１１が設けられておりバルブリフター１２を介して排気カムシャフト１４により駆動される。

また、排気ポート４ｃには、排気ポート４ｃと連通するように排気マニホールド９が設けられている。
ピストン６は、コンロッド７を介してクランクシャフト８に連結されている。また、クランクシャフト８の一端部には図示しないフライホイールが設けられている。
クランクシャフト８は、＃１及び＃４気筒が、＃２及び＃３気筒が同位相となるように設定されている。即ち、＃１気筒のピストン６が上死点にある場合には＃４気筒のピストン６も上死点にあり、＃２気筒のピストン６が上死点にある場合には＃３気筒のピストン６も上死点にあることとなる。

また、クランクシャフト８には、クランク角を検出するクランク角センサ（気筒識別手段）１６のターゲットであるセンシングリング（気筒識別手段）１７が設けられている。
図２に示すように、センシングリング１７は、外周に等間隔の複数の外周方向に凸である歯１７ａを有し、第１の所定気筒（例えば、＃１及び＃４気筒）が圧縮行程又は排気行程である時にクランク角センサ１６を通過する位置にある歯１７ｂの直前の歯１７ａを削除した１欠け歯部１７ｃを設け、第２の所定気筒（例えば、＃２及び＃３気筒）が圧縮行程又は排気行程である時にクランク角センサ１６を通過する位置であり、１欠け歯部１７ｃの直前の歯１７ｂと位相が１８０°ズレている位置にある歯１７ｄの直前及び更にその前の歯１７ａを削除した２欠け歯部１７ｅを設けている。即ち、１欠け歯１７ｃがクランク角センサ１６を通過した場合には、＃１或いは＃４気筒のどちらか一方が圧縮行程にあり、２欠け歯１７ｅがクランク角センサ１６を通過した場合には、＃２或いは＃３気筒のどちらか一方が圧縮行程にあることになる。

そして燃料噴射弁３、点火プラグ１４、クランク角センサ１６、カムの位相を検出するカム角センサ１８、エンジン１の冷却水温度を検出する水温センサ１９、エンジン１を始動させるスタータ２０、図示しない車両の速度を検出する車速センサ２２及び車両のブレーキ操作を検出するブレーキスイッチ２３等の各種装置や各種センサ類は、エンジン１の総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）及び中央演算処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成される電子コントロールユニット（以下、ＥＣＵという）（アイドルストップ制御手段、燃料噴射制御手段、点火制御手段、気筒識別手段）２１と電気的に接続されており、当該ＥＣＵ２１は各種センサ類からの各情報に基づき各種装置を作動制御する。

詳しくは、ＥＣＵ２１の入力側には、クランク角センサ１６、カム角センサ１８、水温センサ１９、車速センサ２２及びブレーキスイッチ２３等のセンサ類が電気的に接続されており、これら各種装置及び各種センサ類からの検出情報が入力される。
一方、ＥＣＵ２１の出力側には、燃料噴射弁３、点火プラグ１４及びスタータ２０が電気的に接続されている。

ＥＣＵ２１は、水温センサ１９、車速センサ２２の検出値を基に、アイドルストップ条件が成立したか判定し、条件が成立していれば、エンジン１を停止し、全気筒の燃料噴射弁３に燃料噴射指令を出力し、再始動用燃料を噴射する。
また、ＥＣＵ２１は、ブレーキスイッチ２３等の出力信号を基に、再始動条件が成立したと判定した場合には、スタータ２０を駆動し、クランクシャフト８を回転させるクランキングを開始し、最初にクランク角センサ１６を通過したセンシングリング１７の欠け歯により、＃１気筒及び＃１気筒と点火時期がクランク角で３６０°ずれた＃４気筒、或いは＃２気筒及び＃２気筒と点火時期がクランク角で３６０°ずれた＃３気筒の点火プラグ１５を点火させ、エンジン１の停止時に噴射し燃焼室内に吸入された始動用燃料を燃焼させ、エンジン１を始動させる。

また、ＥＣＵ２１は、クランク角センサ１６及びカム角センサ１８の出力信号より気筒識別が完了した場合には、通常運転に移行してクランク角信号に応じて各シリンダに対して任意のタイミングで噴射及び点火を独立して行うシーケンシャル制御を開始する。
以下、このように構成された本発明の実施形態に係るアイドルストップ車の内燃機関始動制御装置の作用及び効果について詳細に説明する。

図３は、内燃機関始動制御装置の再始動制御ルーチンを示すフローチャートであり、また、図４は、時系列での各気筒の行程を示す図であり、クランク角センサ１６を最初に通過したセンシングリング１７の欠け歯が２欠け歯１７ｅである場合の各気筒の点火タイミング、燃料噴射タイミング及び行程を示し、燃料噴射タイミングの幅は、噴射燃料の量を示す。

図３及び図４に示すように、ステップＳ１０では、アイドルストップ条件（例えば、エンジン冷却水温度８０℃以上、且つ車速１ｋｍ／ｈ未満）が成立したか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でアイドルストップ条件が成立していれば、ステップＳ１２に進み、判別結果が偽（Ｎｏ）でアイドルストップ条件が成立していなければ、当該ルーチンを抜ける。

ステップＳ１２では、燃料噴射弁３への燃料供給を停止しエンジン１を停止する。
ステップＳ１４では、全気筒の燃料噴射弁３へ再始動用に増量した再始動用燃料を供給し、吸気ポート４ｂ内に噴射する（図４Ａ）。
ステップＳ１６では、再始動条件（例えば、ブレーキスイッチＯＦＦ、且つスタータ信号ＯＮ）が成立したか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で再始動条件が成立していれば、ステップＳ１８に進み、判別結果が偽（Ｎｏ）で再始動条件が成立していなければ、再度ステップＳ１６の処理を行う。

ステップＳ１８では、スタータ２０を作動させエンジン１をクランキングさせる（図４Ｂ）。
ステップＳ２０では、クランク角センサ１６を初回に通過したセンシングリング１７の欠け歯が１欠け歯１７ｃであるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で最初に通過した欠け歯が１欠け歯１７ｃであれば、ステップＳ２２に進み、判別結果が偽（Ｎｏ）で最初に通過した欠け歯が２欠け歯１７ｅであれば、ステップＳ３０に進む（図４Ｃ）。

ステップＳ２２では、＃１気筒及び＃１気筒と点火時期がクランク角で３６０°ずれた＃４気筒の点火プラグ１５を同時に点火し＃１或いは＃４気筒の燃焼室に吸入された始動用燃料を燃焼させる。
また、ステップＳ３０では、＃２気筒及び＃２気筒と点火時期がクランク角で３６０°ずれた＃３気筒の点火プラグ１５を同時に点火し＃２或いは＃３気筒の燃焼室に吸入された始動用燃料を燃焼させる（図４Ｄ）。

ステップＳ２４では、クランク角センサ１６及びカム角センサ１８の出力信号より気筒識別が完了したか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で気筒識別が完了していれば、ステップＳ２６に進み、判別結果が偽（Ｎｏ）で気筒識別が完了していなければ再度ステップＳ２４の処理を行う。
ステップＳ２６では、クランク角信号に応じて各シリンダに対し任意のタイミングで噴射及び点火を独立して行うシーケンシャル制御を開始する（図４Ｅ）。

ステップＳ２８では、噴射燃料の量を補正する噴射燃料工程数補正αをβ（β＜１）とし、当該ルーチンを抜ける（図４Ｆ）。ここで、噴射燃料工程数補正α＝１は、再始動に必要な各気筒へ噴射する燃料の量、即ちエンジン停止中に各気筒に噴射する燃料の量を示す。
このように、本発明の実施形態に係るアイドルストップ車の内燃機関始動装置では、アイドルストップ条件が成立した場合には、エンジン１を停止し全ての気筒の吸気ポート４ｂに始動用燃料を噴射する。この後、再始動条件が成立した場合には、スタータ２０でクランクシャフト８を回転させてクランキングを開始し、最初にクランク角センサ１６を通過したセンシングリング１７の欠け歯が、１欠け歯１７ｃであれば、＃１気筒及び＃１と点火時期がクランク角で３６０°ずれた＃４気筒、２欠け歯１７ｅであれば、＃２気筒及び＃２と点火時期がクランク角で３６０°ずれた＃３気筒の点火プラグ１５を点火するようにしている。

これにより、本発明の実施形態に係るアイドルストップ車の内燃機関始動装置では、圧縮行程にある気筒が識別できていない状況であっても、最初に通過したセンシングリング１７の欠け歯に対応した圧縮行程にある気筒と圧縮行程にある気筒と点火時期がクランク角で３６０°ずれた気筒に点火をしているので、クランキング開始直後の最初の圧縮行程にある気筒の再始動用燃料を燃焼させることができ、簡単な構成で確実に素早くエンジン１を始動させることができる。

以上で発明の実施形態の説明を終えるが、本発明の形態は実施形態に限定されるものではない。
例えば、本実施形態は、エンジン１を４気筒としているが、これに限定されるものではなく４気筒以上の偶数気筒であって、点火時期が３６０°ＣＡずれる気筒が存在するエンジンであればよい。

また、吸気バルブ１０と排気バルブ１１をバルブリフター１２を介して吸気カムシャフト１３或いは排気カムシャフト１４で駆動しているが、これに限られるものではない。
また、アイドルストップ条件をエンジン水温と車速で規定しているが、これに限られるものではない。
また、再始動条件をブレーキスイッチとスタータ信号で規定しているが、これに限られるものではない。

１ エンジン（内燃機関）
２ 吸気マニホールド（吸気通路）
３ 燃料噴射弁（燃料噴射手段）
１５ 点火プラグ（点火手段）
１６ クランク角センサ（気筒識別手段）
１７ センシングリング（気筒識別手段）
１８ カム角センサ（気筒識別手段）
２１ ＥＣＵ（アイドルストップ制御手段、燃料噴射制御手段、点火制御手段、気筒識別手段）

Claims (3)

1. 複数気筒を有する内燃機関の始動制御装置であって、
   前記内燃機関の各燃焼室へ向けて燃料を噴射する燃料噴射手段を制御する燃料噴射制御手段と、
   所定の自動停止条件に基づき前記内燃機関を自動停止し、所定の再始動条件に基づき自動停止中の該内燃機関を再始動させるアイドルストップ制御手段と、
   前記各燃焼室内の混合気に点火する点火手段を制御する点火制御手段と、
   前記複数気筒の内の気筒の識別を行う気筒識別手段と、を備え、
   前記燃料噴射制御手段は、前記所定の停止条件に基づき停止した後で、前記再始動条件成立前に前記内燃機関の全気筒に再始動用燃料を噴射させ、
   前記点火制御手段は、前記所定の再始動条件が成立すると前記気筒識別手段により気筒識別された圧縮行程にある気筒及び該圧縮行程にある気筒と点火時期がクランク角で３６０°ずれた気筒で同時に点火を行うことを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
2. 前記燃料噴射制御手段は、前記所定の再始動条件成立後には、前記気筒識別手段にて気筒識別された気筒と同期させて燃料を噴射させることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の始動制御装置。
3. 前記点火制御手段は、前記所定の再始動条件成立後の前記圧縮行程にある気筒及び該圧縮行程にある気筒と点火時期がクランク角で３６０°ずれた気筒に点火した後には、前記気筒識別手段にて気筒識別された気筒と同期させて点火を行うことを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関の始動制御装置。

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