技術 内燃機関の制御装置

0001

本発明は、内燃機関の運転を制御する制御装置に関する。

0002

周知の通り、停止している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行う。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。

0003

近時の車両では、信号待ち等による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が多くなっている。冷間始動と異なり、アイドルストップした内燃機関を再始動する際には、内燃機関が既に暖機されておりフリクションロスが低減している。このため、始動直後にエンジン回転数がオーバーシュートする吹き上がりが生じる可能性がある。エンジン回転数が過剰に高まることは、不必要に燃料消費が増えることになるので好ましくない。そこで、内燃機関の始動直後の時期において、エンジン回転数が燃料カット回転数を超えたときに気筒への燃料供給を一時中断する燃料カットを実行し、エンジン回転の吹き上がりを抑制することが行われる（例えば、下記特許文献を参照）。

0004

特公昭６３−０１５４６０号公報

0005

使用される燃料の性状によっては、始動直後のエンジン回転の加速度が比較的小さく、エンジン回転数が緩やかに上昇することがある。そのような場合であっても、従前の制御によれば、エンジン回転数が燃料カット回転数に到達した時点で燃料カットを開始することになる。だが、燃料カットを実行せずとも、エンジン回転が吹き上がる懸念は小さい。寧ろ、燃料カットによるエンジン回転数の低落が大きくなり、燃料供給の再開後のエンジン回転数の上昇にも遅れが生じるという、エンジン回転数のアンダーシュートを招くおそれがある。

0006

以上の問題に着目してなされた本発明は、燃料の性状の違いに適切に対応して始動直後のエンジン回転数を好適に制御することを所期の目的とする。

0007

本発明では、内燃機関の始動直後の時期において、エンジン回転数が燃料カット回転数を超えたことを条件として気筒への燃料供給を一時中断する燃料カットを実行するものであって、内燃機関の始動のためのクランキングの完了から所定時間が経過した時点で前記燃料カット回転数を最低値とし、その後時間経過に伴い前記燃料カット回転数を引き上げてゆく内燃機関の制御装置を構成した。

0008

本発明によれば、燃料の性状の違いに適切に対応でき、始動直後のエンジン回転数を好適に制御することが可能となる。

0009

本発明の一実施形態における車両用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設定する始動直後の時期の燃料カット回転数を示す図。
同実施形態の制御装置によるエンジン回転数の制御の模様を示すタイミング図。

0010

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。本実施形態の内燃機関は、ポート噴射式の４ストローク火花点火エンジンであり、複数の気筒１（例えば、三気筒。図１には、そのうち一つを図示している）を具備する。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を気筒１毎に設けている。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。

0011

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。

0012

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結果発生した排気を各気筒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。

0013

排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）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、特にサージタンク３３に接続している。

0014

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）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。

0015

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）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、気筒１に連なる吸気通路３（特に、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、車載のバッテリの端子電流または端子電圧を検出するセンサから出力されるバッテリ電流／電圧信号ｇ、ブレーキペダルの踏込量または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ｈ等が入力される。

0016

ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、点火プラグ１２に付帯する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等を出力する。

0017

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、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、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率（または、ＥＧＲ量）等といった各種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を出力インタフェースを介して印加する。

0018

また、ＥＣＵ０は、内燃機関の始動（冷間始動であることもあれば、アイドリングストップからの復帰であることもある）時において、電動機（スタータモータまたはＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ））を稼働させるための制御信号ｏを電動機に入力し、当該電動機によりクランクシャフトを回転させ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、エンジン回転数即ちクランクシャフトの回転速度が内燃機関の冷却水温等に応じて定まる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。

0019

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、まず、内燃機関の冷間始動後、冷却水温が所定値以上に高まり、かつ車載のバッテリの充電量または端子電圧が所定値以上となっていることを条件として、アイドルストップの実行を許可する（それまでは、アイドルストップの実行を許可しない）。その上で、ブレーキペダルの踏込量またはマスタシリンダ圧が閾値以上であり（ブレーキペダルが踏まれた）、車室内空調用のエアコンディショナの冷媒圧縮用コンプレッサが稼働しておらず、シフトポジションが走行レンジであり、前回のアイドルストップ終了からある車速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以下である（例えば、車速が１３．５ｋｍ／ｈ以上から１３ｋｍ／ｈまで低下した、または９．５ｋｍ／ｈ以上から７ｋｍ／ｈまで低下した）、といった諸条件がおしなべて成立したときに、アイドルストップを実行する。

0020

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に近い閾値未満となった（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）、アイドルストップ状態で所定時間（３分）が経過した、等のうちの何れかが成立したときに、アイドルストップを終了、内燃機関を再始動する。

0021

しかして、内燃機関の始動直後の時期にあって、エンジン回転数が燃料カット回転数を超えたとき、気筒１への燃料供給即ちインジェクタ１１からの燃料噴射（及び、点火プラグ１２による火花点火）を一時中断する燃料カットを実行する。この燃料カット制御により、始動直後の時期にエンジン回転数がオーバーシュートする吹き上がりの抑制を図る。燃料カットの開始後、エンジン回転数が燃料カット回転数よりも低い復帰回転数まで低下したならば、燃料カットを終了、燃料噴射（及び、点火）を再開する。

0022

本実施形態では、内燃機関の始動直後の時期における燃料カット回転数を、完爆時点即ち始動のためのクランキングの完了時点からの経過時間、及びそのときの内燃機関の冷却水温に応じて変化させる。図２に、クランキングの完了時点からの経過時間及び内燃機関の冷却水温と、ＥＣＵ０が設定する燃料カット回転数との関係を例示している。燃料カット回転数は、クランキングの完了から所定時間が経過した時点、図示例ではクランキングの完了後４００ミリ秒が経過した時点で最低値となる。そして、クランキングの完了から当該時点までの間は、時間が経過するほど燃料カット回転数を引き下げるとともに、当該時点以降は時間が経過するほど燃料カット回転数を引き上げてゆく。

0023

加えて、クランキングの完了時点からの経過時間が同等である場合、内燃機関の冷却水温が高いほど燃料カット回転数は低くなる。これは、内燃機関の温度が高いほどフリクションロスが減少し、エンジン回転数が吹き上がりやすくなり、また燃料カットに伴うエンジン回転数の低落が緩やかになることによる。

0024

ＥＣＵ０のメモリには予め、クランキングの完了時点からの経過時間及び冷却水温と燃料カット回転数との関係を規定したマップデータが格納されている。ＥＣＵ０は、内燃機関のクランキングの完了後、ＥＣＵ０は、経過時間及び冷却水温をキーとして当該マップを検索し、設定するべき燃料カット回転数を知得する。

0025

図３に、本実施形態のＥＣＵ０による内燃機関の始動直後の時期のエンジン回転数の制御の模様を示している。図中、実線は始動直後のエンジン回転の加速度が大きいケースを表し、破線は始動直後のエンジン回転の加速度が大きくないケースを表している。太い二点鎖線は、ＥＣＵ０が設定した燃料カット回転数である。

0026

始動直後のエンジン回転の加速度が大きいケースでは、燃料カット回転数が最低となる時点の近傍でエンジン回転数が燃料カット回転数に到達することとなり、燃料カットが実行されてそれ以上のエンジン回転数の上昇が抑制される。結果、図中一点鎖線で表しているようなエンジン回転数の過剰な吹き上がりを回避できる。

0027

これに対し、始動直後のエンジン回転の加速度が大きくないケースでは、エンジン回転数が比較的緩やかに上昇することから、クランキング完了からの経過時間に応じて上下する燃料カット回転数をエンジン回転数が上回ることがなく、始動直後の時期に燃料カットが実行されない。気筒１に供給される燃料の性状によっては、強い燃焼が起こらず、エンジン回転数の立ち上がりの勢いが弱いことがある。このような場合には、始動直後に燃料カットを実行せずとも、エンジン回転数が過剰に高まる懸念は小さい。寧ろ、燃料カットを実行することでエンジン回転数が大きく落ち込み、燃料噴射の再開後のエンジン回転数の上昇にも遅れが生じ、エンジン回転数のアンダーシュートを招くおそれがある。そこで、本実施形態のＥＣＵ０は、クランキング完了後のエンジン回転数の立ち上がりが緩慢であるケースでは燃料カットを行わない。

0028

本実施形態では内燃機関の始動直後の時期において、エンジン回転数が燃料カット回転数を超えたことを条件として気筒１への燃料供給を一時中断する燃料カットを実行するものであって、内燃機関の始動のためのクランキングの完了から所定時間が経過した時点で前記燃料カット回転数を最低値とし、その後時間経過に伴い前記燃料カット回転数を引き上げてゆく内燃機関の制御装置０を構成した。

0029

本実施形態によれば、燃料の性状の違いに適切に対応して始動直後のエンジン回転数を好適に制御することが可能となる。特に、燃焼が必ずしも安定的でない性状の燃料が使用された場合において、エンジン回転の低落を回避し、確実な内燃機関の始動を担保することができる。

0030

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成や処理の内容等は、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。

0031

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。

0032

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
ｂ…クランク角信号
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