JP7218054B2

JP7218054B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP7218054B2
Application number: JP2018242941A
Authority: JP
Inventors: 無限太古
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2023-02-06
Anticipated expiration: 2038-12-26
Also published as: JP2020105938A

Description

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の運転制御を司る制御装置に関する。

停止していた内燃機関を始動する際には、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトを電動機により回転駆動しつつ、インジェクタから燃料を噴射してこれを気筒において燃焼させ、クランクシャフトの回転を加速するクランキングを実行する。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、クランクシャフトの回転速度即ちエンジン回転数が内燃機関の冷却水温等に応じて定まる完爆判定値を超えたときに、完爆したものと見なして終了する（例えば、下記特許文献１を参照）。

また、信号待ち等による車両の停車中に、内燃機関のアイドル回転を停止させるアイドルストップを実施することも知られている（例えば、下記特許文献２を参照）。既存のアイドリングストップシステムでは、車速が所定値以下で、ブレーキペダルが踏み込まれており、車両が所在する路面の勾配が大きくなく、内燃機関の温度及び車載バッテリの電圧が十分に高い、等といった諸条件がおしなべて成立したときに、内燃機関を停止させる。アイドルストップ中、運転者がブレーキペダルから足を離すか、アクセルペダルを踏み込む等の再始動要求があったときには、内燃機関を再始動する。

特開２０１７－００８８６５号公報特開２０１６－１１３９０９号公報

冷間始動と比較して、アイドルストップ後の再始動では、既に暖機が完了して機械損失（摩擦損失）が低減していることもあり、エンジン回転数が過剰に上昇する吹き上がりが起こりやすい。エンジン回転数が吹き上がると、単位時間あたりの燃料噴射及び点火燃焼の回数が増加して燃料消費量の増加を招く。燃費性能の一層の良化を図るには、内燃機関の始動直後のエンジン回転数の吹き上がりを如何に抑制するかが重要となる。

吹き上がりを抑制するための手立てとしては、クランキングの完了後に燃料噴射を一時中断する燃料カットを実行することが考えられる。だが、それでもなお、内燃機関の再始動の機会毎に、エンジン回転数のピーク（極大値）がばらつくことがある。これは、気筒の燃焼室内温度や吸気温度その他の燃焼条件、燃料の性状、内燃機関の経年変化を含む個体差等の影響を受けているものと推測される。

再始動の機会毎にエンジン回転数のピークがばらつき、時としてエンジン回転数が不必要に上昇することは、燃料消費量の増加とともに、運転者を含む搭乗者に違和感を与えることになり得る。さらに、再始動直後の時期における有害物質、特にＮＯｘの生成量が増大することにも繋がる。

本発明は、内燃機関の始動後のエンジン回転数の上昇を適切に抑制し、エンジン回転数のピークのばらつきを抑えることを所期の目的としている。

上述した課題を解決するべく、本発明では、停止していた内燃機関を始動した直後、エンジン回転数が条件値を上回ったときに気筒への燃料供給を一時的に中断する燃料カットを実行するものであり、内燃機関の始動のためのクランキングにおいてエンジン回転数が閾値に到達するまでの期間に気筒で燃料を燃焼させた回数が少ない場合における前記条件値を、その回数が多い場合における前記条件値よりも低く設定する内燃機関の制御装置を構成した。前記条件値は、内燃機関の始動の機会毎にその始動直後のエンジン回転数のピークを恒常的に所定値以下に抑えることができるように設定する。

本発明によれば、内燃機関の始動後のエンジン回転数の上昇を適切に抑制して、エンジン回転数のピークのばらつきを抑えることが可能となる。

本発明の一実施形態における内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。同実施形態の制御装置が実施する制御の内容を説明するタイミング図。同実施形態の制御装置が実施する制御における、クランキング中の燃焼回数と完爆後のエンジン回転数の条件値との関係を例示する図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気バルブよりも上流、各気筒１に連なる吸気ポートの近傍には、吸気ポートに向けて燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させたことで生じる排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

排気ガス再循環（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。ＥＣＵ０は、複数基のＥＣＵまたはコントローラが、ＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものであることがある。

ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求されるエンジン負荷率）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３のサージタンク３３内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサまたはマスタシリンダから吐出されるブレーキ作動液の圧力であるマスタシリンダ圧を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｅ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、車両が所在している路面の勾配を検出する傾斜角センサ（または、加速度センサ）から出力される傾斜角（または、加速度）信号ｈ等が入力される。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、ＶＶＴ機構５に対して吸気バルブの開閉タイミングの制御信号ｍ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ量（または、ＥＧＲ率）、吸気バルブタイミング等といった運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。

本実施形態のＥＣＵ０は、所定のアイドルストップ条件が成立したときに、内燃機関のアイドル回転を停止させるアイドルストップを実行する。ＥＣＵ０は、ブレーキペダルの踏込量またはマスタシリンダ圧が所定値以上であり（ブレーキペダルが踏まれた）、内燃機関の冷却水温が所定以上に高く、車載のバッテリの充電量または端子電圧が所定以上に高く、シフトレンジが走行レンジであり、車両が所在している路面の勾配の絶対値が所定以下であり、ブレーキブースタが蓄えている負圧の大きさが所定値以上であり、前回のアイドルストップ終了からある車速（例えば、１０ｋｍ／ｈ）以上まで加速した経歴があり、かつ現在の車速がある車速（例えば、９ｋｍ／ｈ）以下である、等といった諸条件がおしなべて成立したことを以て、アイドルストップ条件が成立したものと判断する。

アイドルストップ条件の成立後、所定のアイドルストップ終了条件が成立したときには、内燃機関を再始動する。ＥＣＵ０は、ブレーキペダルの踏込量またはマスタシリンダ圧が０または０に近い最低値未満となった（ブレーキペダルが踏まれなくなった）、逆にブレーキペダルの踏込量またはマスタシリンダ圧がさらに増大した（ブレーキペダルがさらに強く踏み込まれた）、アクセル開度が増大した（アクセルペダルが踏まれた）、ブレーキブースタが蓄えている負圧の大きさが所定値未満に低下した、アイドルストップ状態で所定時間（例えば、３分）が経過した、等のうち何れかを以て、アイドルストップ終了条件が成立したものと判断する。

停止した内燃機関を始動（アイドリングストップからの復帰だけでなく、冷間始動をも含む）するに際して、ＥＣＵ０は、電動機（スタータまたはＩＳＧ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＳｔａｒｔｅｒＧｅｎｅｒａｔｏｒ）。図示せず）に制御信号ｏを入力し、当該電動機によりクランクシャフトを回転駆動しながら、インジェクタ１１からの燃料噴射及び点火プラグ１２による火花点火を実施するクランキングを行う。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、エンジン回転数が完爆判定値を超えたときに、完爆したものと見なして終了する。クランキングの終了条件となる完爆判定値は、内燃機関の温度等に応じて上下し得る。具体的には、内燃機関の冷却水温が低いほど高く設定する。

図２に示すように、本実施形態のＥＣＵ０は、アイドルストップにより停止していた内燃機関を再始動させた後、換言すれば始動のためのクランキングを完了した後の時点ｔ₁より、インジェクタ１１からの燃料噴射（及び、点火プラグ１２による火花点火）を一時休止する燃料カットを実行する。この燃料カットは、内燃機関の始動直後のエンジン回転数の吹き上がりを抑制することを企図したものである。燃料カットを開始する時点ｔ₁は、内燃機関の始動後に初めてエンジン回転数が後述する条件値まで上昇した時点である。この燃料カットは、エンジン回転数が所要値まで低下した時点ｔ₂で終了する。所要値は、内燃機関の始動のためのクランキング中の完爆判定値よりは低く、内燃機関のアイドル運転中の目標回転数よりはやや高い。

しかして、本実施形態では、再始動の機会毎にエンジン回転数のピークがばらつくことを防止し、そのピークを恒常的に所定値（例えば、１２００ｒｐｍ）以下に抑えるべく、内燃機関の始動完了直後に燃料カットを実行するためのエンジン回転数の条件値を、始動のためのクランキングにおいてエンジン回転数が閾値に到達するまでの期間に気筒１で燃料を燃焼させた回数（または、燃料を噴射した回数、点火の回数）の多寡に応じて上下させるようにしている。

具体的には、図３に例示するように、始動のためのクランキングを開始してからエンジン回転数が閾値に到達するまでの期間に気筒１で燃料を燃焼させた回数が少ないほど（または、多いほど）、条件値を低く（または、高く）設定する。これは、当該期間に気筒１で燃料を燃焼させた回数が少ないほど、エンジン回転の加速度が高く、始動完了後にエンジン回転数が大きく吹き上がりやすいと考えられることによる。ここに言う閾値は、完爆判定値と同等の値としてもよく、それよりも低位の値としてもよい。図示例の燃焼回数は、内燃機関の全気筒１で燃料を燃焼させた回数を意味する。三気筒エンジンであれば、三つの気筒１の各々で一回燃料を燃焼させたことを「一回」と計数する。エンジン回転数と比較するべき条件値を引き下げるほど、内燃機関の始動完了後における燃料カットの開始時点ｔ₁が早まることになる。

本実施形態では、停止していた内燃機関を始動した直後、エンジン回転数が条件値を上回ったときに気筒１への燃料供給を一時的に中断する燃料カットを実行するものであり、内燃機関の始動のためのクランキングにおいてエンジン回転数が閾値に到達するまでの期間に気筒１で燃料を燃焼させた回数が少ない場合における前記条件値を、その回数が多い場合における前記条件値よりも低く設定する内燃機関の制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、内燃機関の始動後のエンジン回転数の上昇を適切に抑制し、エンジン回転数のピークのばらつきを抑えることが可能となる。そして、ある特定の再始動の機会において、エンジン回転数が不必要に上昇して運転者を含む搭乗者に違和感を与えたり、有害物質ＮＯｘの生成量が増大したりすることを有効に回避できる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、基本的に、アイドルストップした内燃機関の再始動を想定していた。だが、イグニッションキーまたはスイッチがＯＦＦに操作されて内燃機関を停止した後、再びイグニッションキーまたはスイッチがＯＮ操作されて内燃機関を始動する状況においても、内燃機関を停止していた時間の長さが比較的短いときには、アイドルストップ後の再始動の場合と同様のエンジン回転数の吹き上がりの問題が生じ得る。従って、イグニッションキーまたはスイッチが操作されたことに伴う内燃機関の始動時にも、本発明の制御を適用してよい。

その他、各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
３…吸気通路
ｂ…クランク角信号
ｅ…吸気温信号
ｆ…冷却水温信号
ｊ…燃料噴射信号
ｏ…クランキング用の電動機の制御信号

Claims

停止していた内燃機関を始動した直後、エンジン回転数が条件値を上回ったときに気筒への燃料供給を一時的に中断する燃料カットを実行するものであり、
内燃機関の始動のためのクランキングにおいてエンジン回転数が閾値に到達するまでの期間に気筒で燃料を燃焼させた回数が少ない場合における前記条件値を、その回数が多い場合における前記条件値よりも低く設定することとし、
前記条件値は、内燃機関の始動の機会毎にその始動直後のエンジン回転数のピークを恒常的に所定値以下に抑えることができるように設定する内燃機関の制御装置。