JP5839006B2 - 内燃機関の自動停止制御装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の自動停止制御装置に係り、特に、着火始動により適切に再始動できるクランク角度でクランク軸を停止させる技術に関するものである。

走行用の駆動力源として内燃機関を備えている車両が知られている。特許文献１に記載のハイブリッド車両はその一例で、モータ走行時など一定の条件下で内燃機関を自動停止させるようになっており、再始動時の始動性を考慮してクランク軸の停止位置をモータジェネレータによって制御している。また、特許文献２には、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射型の内燃機関について、その内燃機関を停止させる際に、圧縮行程中の気筒を燃焼させることにより制動力を発生させてクランク軸の停止位置を制御する技術が記載されている。このような筒内噴射型の内燃機関においては、回転停止している内燃機関の膨張行程の気筒内に燃料を噴射して点火することにより、爆発により正転トルクを発生させてクランク軸を回転させる着火始動が可能である。

特開２００５−１０５８８５号公報 特開２００４−３６０５４９号公報

ところで、気筒内に燃料を直接噴射する６気筒の４サイクルの内燃機関においては、各気筒のクランク角度が１２０ＣＡ（crank angle)ずつずらされるため、機関停止時にはポンピング作用（空気の圧縮によるばねのような作用）による位置エネルギーと回転慣性力との関係で、一般に何れかの気筒のピストンが圧縮行程後の上死点である圧縮ＴＤＣ（Top Dead Center;上死点）から例えば４５〜７５ＣＡ程度進んだ膨張行程の中間位置になるクランク角度でクランク軸が停止させられ、前記着火始動を適切に行うことができる。しかし、５〜１０％程度の確率で何れかの気筒のピストンが圧縮ＴＤＣ付近で停止するＴＤＣ停止が発生し、その場合は膨張行程における気筒（ＴＤＣ停止の一つ前の気筒）のクランク角度が１２０ＡＴＤＣ（ＴＤＣから１２０ＣＡ進んだ位置）程度になり、排気弁が既に開いているかすぐに開くため、着火始動により十分な回転トルクが得られず、実質的に着火始動を行うことができなくなる。上記ＴＤＣ停止は、回転慣性力とポンピング作用とが略平衡し、機関のフリクション等によって発生するものと考えられる。

一方、このようなＴＤＣ停止を回避するため、例えば前記特許文献１のようにモータジェネレータ等の外力を用いてクランク軸の停止位置を制御することが考えられるが、外力を付与するモータジェネレータ等を大型化しなければならない場合がある。特許文献２のように圧縮行程の気筒を燃焼させて回転停止させることも考えられるが、ＴＤＣ停止する気筒のピストンを圧縮行程の途中で停止させる必要があるため、ＴＤＣ停止の予測や燃焼のタイミングが難しいなど確実にＴＤＣ停止を防止することは困難である。なお、このような問題は７気筒や８気筒の内燃機関でも生じる可能性がある。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、内燃機関を着火始動により適切に再始動できるように、モータジェネレータ等の外力を用いることなくクランク軸のＴＤＣ停止を回避することにある。

かかる目的を達成するために、第１発明は、気筒内に燃料を直接噴射する４サイクルの内燃機関の自動停止制御装置において、予め定められた停止条件が成立し、前記内燃機関への燃料噴射および点火を停止してクランク軸の回転を停止させる際に、何れかの気筒のピストンが圧縮行程後の上死点である圧縮ＴＤＣ付近で停止するＴＤＣ停止が発生した場合には、膨張行程の気筒の筒内圧力に関して予め定められた回復条件に達した後に、その膨張行程の気筒に対して燃料噴射および点火を行い、爆発により正転トルクを発生させて前記クランク軸を前記ＴＤＣ停止から回避させることを特徴とする。
上記圧縮ＴＤＣ付近とは、ＴＤＣを含む所定範囲内、好ましくはＴＤＣ±１０ＣＡの計２０ＣＡ程度の範囲内である。

第２発明は、第１発明の内燃機関の自動停止制御装置において、(a) 前記内燃機関の排気弁の開きタイミングを変更する可変バルブタイミング装置を有し、(b) 前記ＴＤＣ停止が予測された場合には、前記クランク軸が回転停止する前に前記可変バルブタイミング装置によって排気弁の開きタイミングを遅角することを特徴とする。

このような内燃機関の自動停止制御装置においては、ＴＤＣ停止が発生した場合に、膨張行程の気筒に対して燃料噴射および点火を行い、爆発により正転トルクを発生させてクランク軸を回転させることにより、そのクランク軸のＴＤＣ停止が回避される。すなわち、圧縮ＴＤＣ付近でピストンが停止した気筒のそのピストンは、爆発によるクランク軸の正回転で圧縮ＴＤＣを超えて膨張行程まで進行するとともに、その正転トルクやポンピング作用による位置エネルギー、フリクション等によりクランク軸が自然に停止させられることにより、膨張行程の中間位置で停止させられる。これにより、その後の内燃機関の始動要求時には、その膨張行程の気筒に対する燃料噴射および点火によって内燃機関を始動する着火始動が適切に行われるようになる。

ここで、本発明ではＴＤＣ停止が発生した場合に、膨張行程の気筒に対して燃料噴射および点火を行い、爆発によりクランク軸を正回転させてＴＤＣ停止から回避させるため、例えばモータジェネレータを用いてクランク軸の停止位置を制御する場合のようにモータジェネレータを大型化する必要がなく、既存の部品等をそのまま用いて安価に構成することができる。また、膨張行程の気筒に対して燃料噴射および点火を行ってＴＤＣ停止から回避させるため、圧縮行程の気筒を燃焼させて回転停止させる場合に比較して、例えばＴＤＣ停止が発生した後に燃料噴射等を行うことができるなど、制御が容易で高い精度でＴＤＣ停止を回避することができる。

また、ＴＤＣ停止が発生した後に膨張行程の気筒に対して燃料噴射および点火を行う際に、その気筒の筒内圧力に関して予め定められた回復条件に達した後にその燃料噴射および点火を実施するため、その気筒内には十分な量の酸素が含まれており、爆発によって大きな正転トルクが得られ、クランク軸を確実にＴＤＣ停止から回避させることができる。すなわち、膨張行程でピストンが停止している気筒は、回転停止する前の惰性回転で圧縮行程を経過しているため、ピストンリング合口の隙間から圧漏れが生じ、膨張行程での停止直後は負圧である可能性が高く、直ちに燃料噴射および点火を行っても酸素不足で十分な回転トルクが得られない場合がある。一方、膨張行程でピストンが停止している気筒には、そのピストンリング合口の隙間から空気が流入し、筒内圧力が大気圧付近まで自然に回復するため、所定の回復条件に達した後に燃料噴射および点火が行われることにより、クランク軸をＴＤＣ停止から回避させるのに必要な十分な回転トルクを発生させることができるのである。

第２発明は、排気弁の開きタイミングを変更する可変バルブタイミング装置を備えている場合で、ＴＤＣ停止の際に膨張行程でピストンが停止している気筒の排気弁が既に開いている可能性があるが、ＴＤＣ停止が予測された時には、クランク軸が回転停止する前にその可変バルブタイミング装置によって排気弁の開きタイミングを遅角するため、ＴＤＣ停止時にその膨張行程の気筒の排気弁が閉じ状態に維持される可能性が高くなる。これにより、その膨張行程の気筒に対する燃料噴射および点火による爆発で、クランク軸をＴＤＣ停止から回避させるのに必要な十分な回転トルクを発生させることができる。

本発明が好適に適用されるハイブリッド車両の骨子図に、制御系統の要部を併せて示した概略構成図である。 図１のハイブリッド車両の直噴エンジンを説明する断面図である。 図２の直噴エンジンの吸排気弁の開弁時期を説明する図である。 図２の直噴エンジンの回転停止時における各気筒のピストン位置（クランク角度）の一例を説明する図である。 図１の電子制御装置が機能的に備えているエンジン停止制御手段の作動を具体的に説明するフローチャートである。 図２の直噴エンジンのＴＤＣ停止時における圧縮ＴＤＣ停止気筒およびその前後の気筒のピストン位置（クランク角度）を説明する図である。 図５のステップＳ４でクランク軸がＴＤＣ停止するか否かを予測する際の判定回転速度Ｖｓを説明する図である。 図５のフローチャートに従ってクランク軸の停止位置調整が行われた場合の圧縮ＴＤＣ停止気筒およびその前後の気筒のピストン位置（クランク角度）の変化を説明する図である。 膨張行程気筒の筒内圧力に関する所定の回復条件を達成した後に燃料噴射および点火を行ってクランク軸の停止位置調整を行う場合の作動を説明するフローチャートである。

本発明は、６気筒の内燃機関に好適に適用されるが、７気筒以上の内燃機関の自動停止制御にも適用できる。また、内燃機関がクラッチ等の断接装置を介して動力伝達経路に接続されるとともに、内燃機関の他に走行用駆動力源としてモータジェネレータ等の回転機を有するハイブリッド車両に好適に適用され、回転機のみを駆動力源として走行するモータ走行モード時や、アクセルＯＦＦの惰性走行時、減速時等に内燃機関を停止させるエコラン時の自動停止制御に適用される。走行用駆動力源として内燃機関のみを備えているエンジン駆動車両等に適用することもできるし、車両停止時に内燃機関を停止させるアイドリングストップ時の自動停止制御に適用することも可能である。

本発明は、例えばＴＤＣ停止が発生した場合およびＴＤＣ停止が予測された場合の両方で膨張行程の気筒に対する燃料噴射および点火を行ってクランク軸の停止位置を調整するように構成されるが、実際にＴＤＣ停止が発生した場合だけクランク軸の停止位置調整を行うようにしても良く、その場合は必ずしもＴＤＣ停止を予測する必要はない。

クランク軸の停止位置調整のために燃料噴射および点火を行う膨張行程の気筒は、圧縮ＴＤＣ停止気筒の一つ前（先行）の気筒で、例えば６気筒の場合は１２０ＡＴＤＣ付近で停止する気筒であり、７気筒の場合は１０３ＡＴＤＣ付近で停止する気筒である。

第２発明は、排気弁の開きタイミングを変更する可変バルブタイミング装置を備えている場合で、ＴＤＣ停止が予測された場合には、クランク軸が回転停止する前に排気弁の開きタイミングを遅角するが、本発明は可変バルブタイミング装置を備えていない内燃機関にも適用できる。また、排気弁の可変バルブタイミング装置を備えている場合でも、必ずしも常に遅角を行う必要はなく、必要に応じて遅角が行われれば良い。

以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明が好適に適用されるハイブリッド車両１０の駆動系統の骨子図を含む概略構成図である。このハイブリッド車両１０は、気筒内に燃料を直接噴射する直噴エンジン１２と、電動モータおよび発電機として機能するモータジェネレータＭＧとを走行用の駆動力源として備えている。そして、それ等の直噴エンジン１２およびモータジェネレータＭＧの出力は、流体式伝動装置であるトルクコンバータ１４からタービン軸１６、Ｃ１クラッチ１８を経て自動変速機２０に伝達され、更に出力軸２２、差動歯車装置２４を介して左右の駆動輪２６に伝達される。トルクコンバータ１４は、ポンプ翼車とタービン翼車とを直結するロックアップクラッチ（Ｌ／Ｕクラッチ）３０を備えているとともに、ポンプ翼車にはオイルポンプ３２が一体的に接続されており、直噴エンジン１２やモータジェネレータＭＧによって機械的に回転駆動されるようになっている。直噴エンジン１２は内燃機関で、モータジェネレータＭＧは回転機に相当する。

上記直噴エンジン１２は、６気筒の４サイクルのガソリンエンジンであり、図２に具体的に示すように、燃料噴射装置４６により気筒（シリンダ）１００内にガソリンの高圧微粒子が直接噴射されるようになっている。この直噴エンジン１２は、吸気通路１０２から吸気弁１０４を介して気筒１００内に空気が流入するとともに、排気弁１０８を介して排気通路１０６から排気ガスが排出されるようになっており、所定のタイミングで点火装置４７によって点火されることにより気筒１００内の混合気が爆発燃焼してピストン１１０が下方へ押し下げられる。吸気通路１０２は、サージタンク１０３を介して吸入空気量調整弁である電子スロットル弁４５に接続されており、その電子スロットル弁４５の開度（スロットル弁開度）に応じて吸気通路１０２から気筒１００内に流入する吸入空気量、すなわちエンジン出力が制御される。排気弁１０８は、排気弁ＶＶＴ装置６０を介して開閉されるようになっている。排気弁ＶＶＴ装置６０は、排気弁１０８の開きタイミングを可変とする可変バルブタイミング装置で、電子制御装置７０（図１参照）からの信号に従って排気弁１０８の開きタイミングを変更する。

上記ピストン１１０は、気筒１００内に軸方向の摺動可能に嵌合されているとともに、コネクチングロッド１１２を介してクランク軸１１４のクランクピン１１６に相対回転可能に連結されており、ピストン１１０の直線往復移動に伴ってクランク軸１１４が矢印Ｒで示すように回転駆動される。クランク軸１１４は、ジャーナル部１１８において軸受により回転可能に支持されるようになっており、ジャーナル部１１８とクランクピン１１６とを接続するクランクアーム１２０を一体に備えている。

このような直噴エンジン１２は、クランク軸１１４の２回転（７２０ＣＡ）で、吸気行程、圧縮行程、膨張（爆発）行程、排気行程の４行程が行われ、これが繰り返されることでクランク軸１１４が連続回転させられる。６つの気筒１００のピストン１１０は、それぞれクランク角度Φが１２０ＣＡずつずれるように構成されており、クランク軸１１４が１２０ＣＡ回転する毎に６つの気筒１００が順番に爆発燃焼させられて連続的に回転トルクが発生させられる。図３は、一つの気筒１００における吸排気弁の開弁時期の一例を説明する図で、吸気弁１０４は、１回転目のクランク角度Φが６ＡＴＤＣ〜７０ＡＢＤＣの間、すなわち吸気行程〜圧縮行程の領域で開かれる。排気弁１０８は、２回転目のクランク角度Φが５７ＢＢＤＣ、すなわち膨張行程の終盤で開かれ、次のサイクルの１回転目の３ＡＴＤＣ、すなわち排気行程と吸気行程の境界で閉じられる。この排気弁１０８の開弁時期は、排気弁ＶＶＴ装置６０により開きタイミングが遅角された場合で、進角された場合の開きタイミングは５７ＢＢＤＣよりも前で、例えば７０ＢＢＤＣ（１１０ＡＴＤＣ）程度で開かれる。

また、このような直噴エンジン１２においては、何れかの気筒１００のピストン１１０が、吸気弁１０４および排気弁１０８が共に閉じている膨張行程の所定の角度範囲内で停止している時に、燃料噴射装置４６によって気筒１００内にガソリンを噴射するとともに点火装置４７によって点火することにより、気筒１００内の混合気を爆発燃焼させて始動する着火始動が可能である。図４は、このように何れかの気筒１００のピストン１１０が膨張行程の中間位置で停止した場合で、「○」が膨張行程の中間位置で停止した気筒１００を表しており、吸気弁１０４および排気弁１０８が共に閉じているため、その気筒１００に対して燃料噴射および点火を行うことにより大きな回転トルクを発生させて始動することができる。６気筒の直噴エンジン１２の場合、燃料噴射および点火が停止されると、ポンピング作用による位置エネルギーと回転慣性力との関係で、通常はこのように何れかの気筒１００のピストン１１０が膨張行程の中間位置（例えば４５〜７５ＡＴＤＣ付近）で停止するようにクランク軸１１４が自然に回転停止させられ、着火始動が可能である。着火始動のみで直噴エンジン１２を始動できる場合もあるが、モータジェネレータＭＧを用いてクランク軸１１４の回転をアシスト（クランキング）しながら着火始動する場合でも、そのアシストトルクを低減できるため、モータジェネレータＭＧの最大トルクが低減されて小型化や低燃費化を図ることができる。

図１に戻って、上記直噴エンジン１２とモータジェネレータＭＧとの間には、ダンパ３８を介してそれ等を直結するＫ０クラッチ３４が設けられている。このＫ０クラッチ３４は、油圧シリンダによって摩擦係合させられる単板式或いは多板式の摩擦クラッチで、油圧制御装置２８によって係合解放制御される。Ｋ０クラッチ３４は油圧式摩擦係合装置で、直噴エンジン１２を動力伝達経路に対して接続したり遮断したりする断接装置として機能する。モータジェネレータＭＧは、インバータ４２を介してバッテリー４４に接続されている。また、前記自動変速機２０は、複数の油圧式摩擦係合装置（クラッチやブレーキ）の係合解放状態によって変速比が異なる複数のギヤ段が成立させられる遊星歯車式等の有段の自動変速機で、油圧制御装置２８に設けられた電磁式の油圧制御弁や切換弁等によって変速制御が行われる。Ｃ１クラッチ１８は自動変速機２０の入力クラッチとして機能するもので、同じく油圧制御装置２８によって係合解放制御される。

このようなハイブリッド車両１０は電子制御装置７０によって制御される。電子制御装置７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インターフェースなどを有する所謂マイクロコンピュータを含んで構成されており、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行う。電子制御装置７０には、アクセル操作量センサ４８からアクセルペダルの操作量（アクセル操作量）Ａccを表す信号が供給される。また、エンジン回転速度センサ５０、ＭＧ回転速度センサ５２、タービン回転速度センサ５４、車速センサ５６、クランク角度センサ５８から、それぞれ直噴エンジン１２の回転速度（エンジン回転速度）ＮＥ、モータジェネレータＭＧの回転速度（ＭＧ回転速度）ＮＭＧ、タービン軸１６の回転速度（タービン回転速度）ＮＴ、出力軸２２の回転速度（出力軸回転速度で車速Ｖに対応）ＮＯＵＴ、６つの気筒１００毎のＴＤＣ（上死点）からの回転角度（クランク角度）Φ、に関する信号が供給される。この他、各種の制御に必要な種々の情報が供給されるようになっている。上記アクセル操作量Ａccは出力要求量に相当する。

上記電子制御装置７０は、機能的にハイブリッド制御手段７２、変速制御手段７４、エコラン制御手段７６、およびエンジン停止制御手段８０を備えている。ハイブリッド制御手段７２は、直噴エンジン１２およびモータジェネレータＭＧの作動を制御することにより、例えば直噴エンジン１２のみを駆動力源として走行するエンジン走行モードや、モータジェネレータＭＧのみを駆動力源として走行するモータ走行モード、それ等の両方を用いて走行するエンジン＋モータ走行モード等の予め定められた複数の走行モードを、アクセル操作量Ａccや車速Ｖ等の運転状態に応じて切り換えて走行する。変速制御手段７４は、油圧制御装置２８に設けられた電磁式の油圧制御弁や切換弁等を制御して複数の油圧式摩擦係合装置の係合解放状態を切り換えることにより、自動変速機２０の複数のギヤ段を、アクセル操作量Ａccや車速Ｖ等の運転状態をパラメータとして予め定められた変速マップに従って切り換える。また、エコラン制御手段７６は、エンジン＋モータ走行モードやエンジン走行モードでの走行中に、アクセルＯＦＦの惰性走行や減速走行が行われた場合には、一定の条件下でＫ０クラッチ３４を解放して直噴エンジン１２を動力伝達経路から切り離すとともに、その直噴エンジン１２の作動を停止させて燃費を向上させるエコラン制御を実行する。

エンジン停止制御手段８０は、上記エンジン＋モータ走行モードからモータ走行モードへ切り換えたり、エンジン走行モードからモータ走行モードへ切り換えたりするモード切換時、或いはエコラン制御が行われる際に、前記直噴エンジン１２を停止させるもので、エンジン停止手段８２、ＴＤＣ停止判定手段８４、クランク軸停止位置調整手段８６を機能的に備えており、図５のフローチャートに従って信号処理を実行する。すなわち、直噴エンジン１２のクランク軸１１４は、通常は前記図４に示すように何れかの気筒１００のピストン１１０が膨張行程の中間位置で停止する位置で自然に回転停止させられ、再始動要求時にはそのまま着火始動を行うことが可能であるが、５〜１０％程度の確率で図６に示すように何れかの気筒１００のピストン１１０が圧縮ＴＤＣ付近で停止するＴＤＣ停止を生じる。この場合、「◎」で示す膨張行程の気筒（ＴＤＣ停止の一つ前の気筒）１００のクランク角度Φが１２０ＡＴＤＣ付近になるため、排気弁１０８が既に開いているかすぐに開くため、着火始動により十分な回転トルクが得られず、実質的に着火始動を行うことができなくなる。このため、そのようなＴＤＣ停止の場合には、クランク軸停止位置調整手段８６によりクランク軸１１４の停止位置をＴＤＣ停止から回避させるのである。図５のフローチャートのステップＳ１〜Ｓ３はエンジン停止手段８２に相当し、ステップＳ４〜Ｓ６はＴＤＣ停止判定手段８４に相当し、ステップＳ７およびＳ８はクランク軸停止位置調整手段８６に相当する。

図５のステップＳ１では、再始動を前提とするエンジン停止要求があったか否かを判断する。具体的には、エンジン＋モータ走行モードからモータ走行モードへ切り換えたり、エンジン走行モードからモータ走行モードへ切り換えたりするモード切換時、或いはエコラン制御を行うために、前記ハイブリッド制御手段７２或いはエコラン制御手段７４からエンジン停止要求があったか否かを判断する。エンジン停止要求が無ければそのまま終了するが、エンジン停止要求があった場合にはステップＳ２以下を実行する。

ステップＳ２では、Ｋ０クラッチ３４の遮断処理を実行して直噴エンジン１２を動力伝達経路から切り離す。また、ステップＳ３では、直噴エンジン１２の停止処理を実行する。この停止処理では、燃料噴射装置４６による燃料噴射を停止（フューエルカット）するとともに、点火装置４７の点火制御を停止する。これにより、ステップＳ２で直噴エンジン１２が動力伝達経路から切り離されることと相まって、エンジン回転速度ＮＥが徐々に低下させられて回転停止する。ステップＳ２によるＫ０クラッチ３４の遮断処理およびステップＳ３によるフューエルカット等は、フューエルカットが後でも良いが、略同時に並行して行うこともできるし、フューエルカットが先であっても良い。

ステップＳ４では、直噴エンジン１２が回転停止した時のクランク軸１１４の停止位置がＴＤＣ停止になるか否かを予測する。すなわち、直噴エンジン１２に対する燃料噴射および点火を停止してクランク軸１１４の回転を停止させた際に、ＴＤＣ停止になる場合或いはＴＤＣ停止にならない場合のクランク角度Φと回転速度との関係を予め実験やシミュレーション等によって求めておき、その関係からＴＤＣ停止になるか否かを予測することができる。図７は、クランク軸１１４が停止する直前の２４０ＣＡの範囲のクランク角度Φとエンジン回転速度ＮＥとの関係を調べた結果で、破線はＴＤＣ停止した場合（右端のＢＴＤＣ＝０で回転停止した場合）で、実線はＴＤＣ停止でなかった場合である。この結果から、例えば６０ＢＴＤＣ（ＴＤＣよりも６０ＣＡだけ前の位置）でエンジン回転速度ＮＥがＶｓの範囲内にある場合には、比較的高い確率でＴＤＣ停止するため、その回転速度範囲Ｖｓを判定回転速度として設定し、クランク角度Φが６０ＢＴＤＣにおけるエンジン回転速度ＮＥがその判定回転速度Ｖｓの範囲内であればＴＤＣ停止になる可能性が高いと判定（予測）できる。また、クランク角度Φが６０ＢＴＤＣにおけるエンジン回転速度ＮＥが判定回転速度Ｖｓよりも低い場合は、ＴＤＣ停止の可能性が低いと判定できる。ＴＤＣ停止は、直噴エンジン１２の個体差によってばらついたり経時的に変化したりするため、停止制御が行われる毎にその相関関係を逐次学習（記憶）して判定回転速度Ｖｓを補正（更新）することが望ましい。なお、図７の実線は、１０ＢＴＤＣ、〜３０ＢＴＤＣで回転停止しているが、実際の停止位置はポンピング作用による揺り戻しによって４５〜７５ＢＴＤＣ程度になり、前記図４に示す状態で回転停止する。

そして、次のステップＳ５では、ステップＳ４においてＴＤＣ停止可能性が高いと判定されたか否かを判断し、ＴＤＣ停止の可能性が高いと判定された場合はステップＳ７およびＳ８を実行する。また、ステップＳ４でＴＤＣ停止の可能性が低いと判定された場合は、ステップＳ６で実際にＴＤＣ停止したか否かを判断する。ＴＤＣ停止したか否かは、例えばクランク軸１１４の停止位置（何れかの気筒１００のクランク角度Φ）がＴＤＣ±αの範囲内か否かによって判断できる。αは、例えば５〜１０ＣＡ程度が適当であり、ＴＤＣ停止でなければそのまま終了するが、ＴＤＣ停止の場合はステップＳ８を実行する。

ステップＳ７では、クランク軸１１４が回転停止する前に排気弁ＶＶＴ装置６０により排気弁１０８の開きタイミングを遅角する。ステップＳ４のＴＤＣ停止可能性判定は、例えば６０ＢＴＤＣで行われるとともに、この段階ではエンジン回転速度ＮＥが遅いため、クランク軸１１４が回転停止する前に排気弁１０８の開きタイミングを遅らせることができる。また、ステップＳ８では、膨張行程の気筒１００に対して燃料噴射および点火を行い、爆発により正転トルクを発生させてクランク軸１１４をＴＤＣ停止から回避させる。これにより、圧縮ＴＤＣ付近でピストン１１０が停止し或いは停止すると予測された気筒１００のそのピストン１１０は、圧縮ＴＤＣを超えて膨張行程まで進行し、爆発による正転トルクやポンピング作用、フリクション等によりクランク軸１１４が自然に停止させられることにより、膨張行程の中間位置（例えば４５〜７５ＡＴＤＣ付近）で停止させられる。したがって、その後のエンジン始動要求時には、その膨張行程の気筒１００に対する燃料噴射および点火によって直噴エンジン１２を始動する着火始動が適切に行われるようになる。本実施例のエンジン自動停止制御は、モータ走行モードでの走行中またはエコラン走行中に行われるため、ＴＤＣ停止を回避するための爆発による振動等で運転者に違和感を与える可能性は少ない。

図８は、上記ステップＳ８でクランク軸１１４の停止位置調整が行われた場合の圧縮ＴＤＣ停止気筒およびその前後の気筒のピストン位置（クランク角度）の変化を説明する図で、(a) はＴＤＣ停止の状態である。そして、「◎」で示す膨張行程の気筒１００に対して燃料噴射および点火が行われると、(b) に示すようにその「◎」気筒１００では爆発により正転トルクが発生し、クランク軸１１４には正転方向のトルクが加えられる。これによりクランク軸１１４がＴＤＣ停止から脱すると、「○」で示す圧縮ＴＤＣの気筒１００は残圧により正転トルクが発生する一方、それより一つ後の「●」で示す圧縮行程の気筒１００は、吸気弁１０４が閉じられることにより圧縮反力が発生するようになる。また、「◎」気筒１００は、排気弁１０８の開弁による圧漏れで正転トルクが速やかに低下する。したがって、これ等の力のバランスでクランク軸１１４は正回転させられるとともに、ポンピング作用や各部のフリクションの関係で(c) に示すように「○」気筒１００が膨張行程の中間位置となるクランク位置、すなわち再始動時に着火始動するのに適した位置で回転停止させられる。

ここで、ステップＳ５でＴＤＣ停止可能性有りの判断が為された場合は、ステップＳ７で排気弁１０８の開きタイミングが遅角されるため、図８の(a) における「◎」気筒１００の排気弁１０８は閉状態に維持され、燃料噴射および点火による爆発で正転トルクが適切に発生させられ、クランク軸１１４を確実にＴＤＣ停止から回避させることができる。また、ステップＳ５でＴＤＣ停止可能性有りの判断が為された場合は、クランク軸１１４が完全に回転停止する前に図８の(a) における「◎」気筒１００に対して燃料噴射および点火を行うことが可能で、その場合は回転慣性が未だ残っているため、クランク軸１１４を確実にＴＤＣ停止から回避させることができる。その場合は、クランク軸１１４はＴＤＣ停止することなく、そのＴＤＣ停止位置を通過して図８の(c) に示すクランク位置で回転停止させられる。

一方、ステップＳ６で実際にＴＤＣ停止を検出した場合には、クランク軸１１４が完全に回転停止した状態でステップＳ８の燃料噴射および点火を実施することになる。ステップＳ５でＴＤＣ停止可能性有り（可能性が高い）の判断が為された場合でも、クランク軸１１４が完全に回転停止した後にステップＳ８の燃料噴射および点火を行うことができる。その場合は、クランク軸１１４の回転慣性力が０であるが、図８(a) における「◎」気筒１００に対する燃料噴射および点火による爆発で、クランク軸１１４を回転させてＴＤＣ停止から回避させることができる。ステップＳ６でＴＤＣ停止を検出した場合に、排気弁ＶＶＴ装置６０により排気弁１０８の開きタイミングが進角されていると、図８(a) における「◎」気筒１００の排気弁１０８が既に開いている可能性があるが、その開弁状態等の条件によってはステップＳ８の燃料噴射および点火によってＴＤＣ停止から回避させることが可能である。「◎」気筒１００のクランク角度Φは１２０ＡＴＤＣ付近で、燃焼室の容積が比較的大きいため、酸素量が多く、大きな爆発力を発生させることができる。

また、図８(a) における「◎」気筒１００は、クランク軸１１４が回転停止する前の惰性回転で圧縮行程を経過しているため、ピストンリング合口の隙間から圧漏れが生じ、膨張行程での停止直後は負圧である可能性が高く、直ちに燃料噴射および点火を行っても酸素不足で十分な回転トルクが得られない場合がある。このため、例えば図９に示すように「◎」気筒１００の筒内圧力が回復した後に燃料噴射および点火を実施する。すなわち、ステップＲ１で、「◎」気筒１００の筒内圧力に関して予め定められた回復条件に達したか否かを判断し、その回復条件に達したらステップＲ２で、その「◎」気筒１００に対して燃料噴射および点火を実施するのである。膨張行程でピストン１１０が停止している「◎」気筒１００には、そのピストンリング合口の隙間から空気が流入し、筒内圧力が大気圧付近まで自然に回復するため、所定の回復条件に達した後に燃料噴射および点火を行うことにより、クランク軸１１４をＴＤＣ停止から回避させるのに必要な十分な回転トルクを発生させることができる。ステップＲ１の回復判断は、例えば筒内圧力センサ（図示省略）によって「◎」気筒１００の筒内圧力Ｐｉｎを検出し、その筒内圧力Ｐｉｎが予め定められた大気圧付近の回復圧Ｐｋに達したか否かによって判断でき、Ｐｉｎ≧Ｐｋが回復条件となる。また、筒内圧力Ｐｉｎは、例えば数秒（１〜３秒程度）で大気圧付近まで回復するため、クランク軸１１４が回転停止した後の経過時間Ｔｓｔｐが予め定められた回復時間Ｔｋに達した場合、すなわちＴｓｔｐ≧Ｔｋを回復条件として、ステップＲ１の回復判断を行うこともできる。

このように、本実施例の直噴エンジン１２の自動停止制御装置においては、ＴＤＣ停止が予測される場合（ステップＳ５の判断がＹＥＳ）、或いはそのＴＤＣ停止が発生した場合（ステップＳ６の判断がＹＥＳ）に、膨張行程の気筒１００（図８(a) における「◎」の気筒）に対して燃料噴射および点火を行い、爆発により正転トルクを発生させてクランク軸１１４を回転させることにより、そのクランク軸１１４のＴＤＣ停止が回避される。すなわち、圧縮ＴＤＣ付近でピストン１１０が停止し或いは停止すると予測された気筒１００（図８(a) における「○」の気筒）のそのピストン１１０は、爆発によるクランク軸１１４の正回転で圧縮ＴＤＣを超えて膨張行程まで進行するとともに、その正転トルクやポンピング作用による位置エネルギー、フリクション等によりクランク軸１１４が自然に停止させられることにより、膨張行程の中間位置で停止させられる。これにより、その後のエンジン始動要求時には、その膨張行程の気筒１００（図８(c) における「○」の気筒）に対する燃料噴射および点火によって直噴エンジン１２を始動する着火始動が常に適切に行われるようになる。特に、本実施例ではＴＤＣ停止を予測した場合だけでなく実際にＴＤＣ停止が発生した場合もステップＳ８を実行し、クランク軸１１４の停止位置調整が行われるため、ＴＤＣ停止がより確実に防止される。

その場合に、膨張行程の気筒１００（図８(a) における「◎」の気筒）に対して燃料噴射および点火を行い、爆発によりクランク軸１１４を正回転させてＴＤＣ停止から回避させるため、例えばモータジェネレータＭＧを用いてクランク軸１１４の停止位置を制御する場合のように、その制御トルク分だけモータジェネレータＭＧを大型化する必要がなく、既存の部品等をそのまま用いて安価に構成することができる。また、膨張行程の気筒１００に対して燃料噴射および点火を行ってＴＤＣ停止から回避させるため、圧縮行程の気筒を燃焼させて回転停止させる場合に比較して、例えばＴＤＣ停止が発生した後に燃料噴射等を行うことができるなど、制御が容易で高い精度でＴＤＣ停止を回避することができる。

また、ＴＤＣ停止が発生した後に膨張行程の気筒１００（図８(a) における「◎」の気筒）に対して燃料噴射および点火を行う場合、図９に示すようにその気筒１００の筒内圧力に関して予め定められた回復条件に達した後にその燃料噴射および点火を実施すれば、その気筒１００内に十分な量の酸素が含まれているため爆発により大きな正転トルクが得られ、クランク軸１１４を確実にＴＤＣ停止から回避させることができる。

また、本実施例では排気弁１０８の開きタイミングを変更する排気弁ＶＶＴ装置６０を備えており、ＴＤＣ停止の際に膨張行程の気筒１００（図８(a) における「◎」の気筒）の排気弁１０８が既に開いている可能性があるが、ステップＳ５でＴＤＣ停止が予測された時には、ステップＳ７でクランク軸１１４が回転停止する前にその排気弁ＶＶＴ装置６０により排気弁１０８の開きタイミングが遅角されるため、ＴＤＣ停止時にその膨張行程の気筒１００の排気弁１０８が確実に閉じ状態に維持されるようになり、燃料噴射および点火による爆発でクランク軸１１４をＴＤＣ停止から回避させるのに必要な十分な回転トルクを発生させることができる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０：ハイブリッド車両 １２：直噴エンジン（内燃機関） ５８：クランク角度センサ ６０：排気弁ＶＶＴ装置（可変バルブタイミング装置） ７０：電子制御装置 ８０：エンジン停止制御手段 ８２：エンジン停止手段 ８４：ＴＤＣ停止判定手段 ８６：クランク軸停止位置調整手段 １００：気筒 １０８：排気弁 １１４：クランク軸 ＮＥ：エンジン回転速度 Φ：クランク角度 Ｖｓ：判定回転速度

Claims (2)

1. 気筒内に燃料を直接噴射する４サイクルの内燃機関の自動停止制御装置において、
   予め定められた停止条件が成立し、前記内燃機関への燃料噴射および点火を停止してクランク軸の回転を停止させる際に、何れかの気筒のピストンが圧縮行程後の上死点である圧縮ＴＤＣ付近で停止するＴＤＣ停止が発生した場合には、膨張行程の気筒の筒内圧力に関して予め定められた回復条件に達した後に、該膨張行程の気筒に対して燃料噴射および点火を行い、爆発により正転トルクを発生させて前記クランク軸を前記ＴＤＣ停止から回避させる
   ことを特徴とする内燃機関の自動停止制御装置。
2. 前記内燃機関の排気弁の開きタイミングを変更する可変バルブタイミング装置を有し、
   前記ＴＤＣ停止が予測された場合には、前記クランク軸が回転停止する前に前記可変バルブタイミング装置によって排気弁の開きタイミングを遅角する
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の自動停止制御装置。

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