WO2009139040A1 - 内燃機関の停止始動制御装置 - Google Patents

内燃機関の停止始動制御装置 Download PDF

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一瀬　宏樹
大塚　孝之
黒木　錬太郎
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トヨタ自動車株式会社
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    • F02D29/02—Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto peculiar to engines driving vehicles; peculiar to engines driving variable pitch propellers
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Definitions

  • the present invention relates to a stop / start control device for an internal combustion engine that is applied to a spark ignition type internal combustion engine and automatically stops and restarts the internal combustion engine.
  • a stop / start control device that restarts the internal combustion engine when the restart condition is satisfied is widely known.
  • a control device of this type when there is a restart request during the automatic stop operation period, fuel is injected into an expansion stroke cylinder for ignition combustion, and further fuel is injected into a compression stroke cylinder for ignition combustion.
  • restart is performed (Patent Document 1).
  • Patent Document 2 there is a technique in which fuel is sealed in a cylinder in the process of stopping the internal combustion engine, and restarting is performed by igniting and burning the fuel after the completion of the stop.
  • Patent Document 1 Since the apparatus of Patent Document 1 injects combustion to a predetermined cylinder after determining that the restart condition is satisfied in the process until the stop of the internal combustion engine is completed, if the determination timing is late, the engine rotation of the internal combustion engine The chance of injecting fuel may be missed due to the drop in number. In such a case, drivability may be impaired because it is necessary to restart the internal combustion engine after it has been stopped. Moreover, the apparatus of patent document 2 does not restart in the stop process before the stop of an internal combustion engine is completed.
  • an object of the present invention is to provide a stop / start control device for an internal combustion engine that can increase the possibility of a successful restart when a restart condition is satisfied during the stop process of the internal combustion engine.
  • the stop / start control device of the present invention is applied to a spark ignition type internal combustion engine, and stops the internal combustion engine when a predetermined stop condition is satisfied and restarts the internal combustion engine when a predetermined restart condition is satisfied.
  • An internal combustion engine stop / start control device for stopping the spark ignition to the internal combustion engine in response to the establishment of the stop condition, and continuing the fuel supply to the internal combustion engine;
  • a restart control means for restarting spark ignition to the internal combustion engine so that the fuel supplied after the stop condition is satisfied if the restart condition is satisfied after the stop of the internal combustion engine is completed after the establishment;
  • this control device regardless of whether or not the restart condition is satisfied, the fuel is supplied in a state where the spark ignition is stopped after the stop condition is satisfied. Therefore, when the restart condition is satisfied in the stop process after the stop condition is established and before the stop is completed, the ignition can be performed quickly by restarting spark ignition without supplying fuel after the restart condition is satisfied. Since this control device is less likely to miss the restart opportunity than when the fuel is supplied after the restart condition is satisfied and then ignition combustion is performed, the restart when the restart condition is satisfied during the stop process of the internal combustion engine Can increase the chances of success.
  • the internal combustion engine is provided with a throttle valve capable of adjusting the amount of air supplied to the internal combustion engine by changing the opening, and after the stop condition is satisfied.
  • the throttle valve that controls the opening of the throttle valve to the open side so that the supply air amount increases after the stop condition is satisfied than before the restart condition is satisfied.
  • Valve control means may further be provided.
  • the throttle valve control means may control the opening degree of the throttle valve to the closed side so that when the stop condition is satisfied, the supply air amount is reduced more than before the satisfaction.
  • the torque fluctuation is suppressed by the reaction force of the air, so that vibration in the stop process can be reduced. Even if the restart condition is not satisfied during the stop process, the process up to the completion of the stop proceeds promptly, so that the fuel supplied after the stop condition is satisfied can be prevented from being discharged outside the engine.
  • the internal combustion engine is provided with a starter using an electric motor as a drive source, and the restart control means stops the internal combustion engine after the stop condition is satisfied. If the engine speed of the internal combustion engine when the restart condition is satisfied before completion is less than or equal to a predetermined value, spark ignition to the internal combustion engine may be resumed while operating the starter. In the stop process, the lower the engine speed, the less the torque due to ignition and combustion, and the more difficult it is to restart. According to this aspect, when the engine speed is equal to or lower than the predetermined value, the restart can be attempted with sufficient torque with the help of the starter, so that the restart can be surely succeeded.
  • the internal combustion engine is configured as a four-stroke one-cycle engine having a plurality of cylinders, and is stopped at a predetermined stroke when restarting after the stop of the internal combustion engine is completed.
  • the spark controller is configured to start spark ignition, and the stop control unit specifies a cylinder to be stopped in the predetermined stroke from the plurality of cylinders, and after the stop condition is satisfied, The fuel supply may be continued until the specified cylinder, and the subsequent fuel supply may be stopped until the stop of the internal combustion engine is completed.
  • the internal combustion engine is configured as a four-stroke one-cycle engine having a plurality of cylinders
  • the restart control means is configured to perform the internal combustion engine after the stop condition is satisfied. If the restart condition is satisfied before the stop is completed, spark ignition may be restarted from the cylinder in the compression stroke when the restart condition is satisfied. According to this aspect, since the spark ignition starts from the cylinder in the compression cylinder after the restart condition is satisfied, a quick restart can be realized.
  • the spark ignition can be restarted and restarted quickly without supplying the fuel after the restart condition is established during the stop process. Since the possibility of missing the restart is lower than in the case of ignition combustion, it is possible to increase the possibility of a successful restart when the restart condition is satisfied during the stop process of the internal combustion engine.
  • FIG. 1 is a diagram showing an internal combustion engine to which a stop / start control apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a timing chart illustrating an example of a control result according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a timing chart illustrating another example of the control result according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of a control routine for ignition control and air amount control related to idling stop control.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of a control routine of fuel injection control related to idling stop control.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an example of a control routine of the compression stroke stop cylinder determination control.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the predetermined value NEco used for determining the compression stroke stopped cylinder.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine to which a stop / start control apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.
  • the internal combustion engine 1 is mounted on a vehicle (not shown) as a driving power source.
  • the internal combustion engine 1 is configured as a four-stroke one-cycle engine and includes four cylinders 2 arranged in one direction. Although only a single cylinder 2 is shown in FIG. 1, the configuration relating to the other cylinders 2 is the same. In order to distinguish these cylinders 2 from each other, cylinder numbers # 1 to # 4 may be given from one end to the other end in the arrangement direction of the cylinders 2 in the following description or drawings.
  • the phase of the piston 3 in each cylinder 2 is shifted from each other according to the number and layout of the cylinders 2. Since the internal combustion engine 1 is an in-line four-cylinder type, the phase of the piston 3 is shifted by 180 ° CA as a crank angle. As a result, the piston 3 of any one of the four cylinders 2 is always in the intake stroke, and the piston 3 of any one of the other cylinders 2 is always in the expansion stroke. Further, the internal combustion engine 1 injects fuel from the fuel injection valve 4 into the intake port 5 to introduce an air-fuel mixture into each cylinder 2 and ignites the air-fuel mixture by the spark of the spark plug 6. It is configured as a type internal combustion engine.
  • the firing order of each cylinder 2 is set in the order of # 1, # 3, # 4, and # 2.
  • the fuel injected from the fuel injection valve 4 is gasoline as an example.
  • the internal combustion engine 1 includes an intake valve 10 and an exhaust valve 11 that open and close between the combustion chamber 7 and the intake passage 8 and the exhaust passage 9, respectively, a throttle valve 12 that adjusts the amount of air from the intake passage 8, and a piston.
  • a connecting rod 13 that transmits the reciprocating motion 3 to the crankshaft 14 as a rotational motion is provided.
  • the internal combustion engine 1 is provided with a starter 15 as a starting device for starting it.
  • the starter 15 is a known device that uses the electric motor 16 as a drive source and transmits the rotation of the electric motor 16 to the ring gear 18 that rotates integrally with the crankshaft 14 via the reduction gear mechanism 17.
  • the reduction gear mechanism 17 incorporates a one-way clutch that allows rotation transmission from the electric motor 16 to the crankshaft 14 and prevents rotation transmission from the crankshaft 14 to the electric motor 16.
  • the operating state of the internal combustion engine 1 is controlled by an engine control unit (ECU) 20.
  • the ECU 20 is configured as a computer including a microprocessor and peripheral devices such as RAM and ROM necessary for its operation, and performs various processes necessary for controlling the operating state of the internal combustion engine 1 according to a program recorded in the ROM. Execute. As an example, the ECU 20 detects the intake air amount and the air-fuel ratio from the output signals of various sensors, and controls the fuel injection amount of the fuel injection valve 4 so as to obtain a predetermined air-fuel ratio. Further, the ECU 20 controls the execution of spark ignition by operating the ignition circuit 19 that drives the spark plug 6.
  • a crank angle sensor 21 that outputs a signal corresponding to the rotational position (crank angle) of the crankshaft 14, an accelerator opening sensor 22 that detects the opening of an accelerator pedal, and the internal combustion engine 1 are mounted.
  • a vehicle speed sensor 23 that detects the vehicle speed of the vehicle, a shift position sensor 24 that detects a gear position (shift position) of a mission provided in the vehicle, and the like are provided.
  • a brake pedal sensor for detecting the operation of the brake pedal is provided, but the illustration is omitted. Further, the ECU 20 can control the opening degree by operating the throttle valve 12.
  • the ECU 20 performs so-called idle stop control in which the internal combustion engine 1 is stopped when a predetermined stop condition such as a vehicle stop is satisfied, and the internal combustion engine 1 is restarted from the stopped state when a predetermined restart condition is satisfied. Run for 1.
  • the stop condition and the restart condition may be set in the same manner as a known technique related to idle stop control. For example, when the vehicle stops and the engine speed (rotational speed) becomes the idle speed, it is determined that the stop condition is satisfied, and a stop command is output to the internal combustion engine 1. In this case, whether or not the stop condition is satisfied is determined based on signals from the crank angle sensor 21 and the vehicle speed sensor 23.
  • the restart condition is determined when the accelerator pedal is depressed or the brake pedal is released, and a restart command is output to the internal combustion engine 1. To do. In this case, whether or not the restart condition is satisfied is determined based on output signals of the accelerator opening sensor 22 and the shift position sensor 24 or a brake pedal sensor (not shown). Various factors such as the engine temperature and the battery state may be considered in determining whether the stop condition or the restart condition is satisfied. However, since these are known techniques, detailed description thereof is omitted.
  • This embodiment is characterized in the control when the restart condition is satisfied before the stop of the internal combustion engine 1 is completed after the stop condition is satisfied in the idle stop control.
  • FIGS. 2 and 3 show the time variation of the crank angle of the internal combustion engine 1, the engine speed NE, the opening of the throttle valve 12 and the operating state of the starter 15, and the strokes of the cylinders # 1 to # 4 corresponding to these changes. And the fuel supply (fuel injection) and spark ignition execution timing for each cylinder 2 are shown.
  • FIG. 2 is a timing chart showing an example of a control result according to this embodiment.
  • the spark ignition is stopped immediately after the command in a state where fuel injection is continued.
  • the opening degree of the throttle valve 12 is closed, and in this case, the throttle valve 12 is controlled to be substantially fully closed.
  • the spark ignition is stopped, so that the combustion in the cylinder 2 is not performed, and the engine speed NE is gradually lowered to the completion of the stop.
  • the throttle valve 12 is controlled to be substantially fully closed, so that fluctuations in the engine speed NE are suppressed.
  • the opening degree of the throttle valve 12 is immediately controlled to be opened more than before the command is output, and the supply air amount is increased.
  • the spark ignition is restarted from the cylinder 2 (# 1 cylinder in this example). Since fuel injection is performed after the stop command, the air-fuel mixture in the cylinder 2 containing the fuel is combusted by resuming spark ignition, and as a result, the engine speed NE rises and restart is successful as indicated by the solid line. .
  • the engine speed NE at the time of the restart command exceeds the threshold NEst that makes it difficult to restart only by spark ignition, and the torque necessary for restart can be secured only by spark ignition.
  • the starter 15 is not activated.
  • FIG. 3 is a timing chart showing another example of the control result according to this embodiment. This example shows a case where the timing of the restart command is later than that in FIG. When there is no restart command in the stop process, it is the same as FIG. The state before the restart command is the same as in FIG. In the example of FIG. 3, since the engine speed NE at the time of the restart command is equal to or less than the threshold value NEst, the starter 15 is operated immediately after the restart command. At the same time, the opening degree of the throttle valve 12 is also controlled to the opening side, and the supply air amount is increased. Thereafter, spark ignition is restarted from cylinder 2 (# 4 cylinder in this example) in the compression stroke at the time of the stop command. In this case, the torque required for restart can be secured with the help of the starter 15, so that the engine speed NE rises as shown by the solid line and the restart is successful.
  • FIG. 4 shows an example of a control routine for ignition control and air amount control related to idling stop control.
  • step S1 the ECU 20 determines whether or not a stop condition is satisfied, that is, whether or not a stop command is output.
  • This determination can be performed, for example, by assigning a flag for managing the presence or absence of a stop command to the RAM of the ECU 20 and referring to the state of the flag. If the stop condition is not satisfied, the subsequent processing is skipped and the current routine is terminated. When the stop condition is satisfied, the process proceeds to step S2, and the throttle valve opening TA is controlled to the closed side.
  • the opening ⁇ 0 on the closing side is set to an opening ⁇ 0 that becomes an air amount that is less than the air amount at the time of idling, and is set to, for example, a substantially fully closed state (TA ⁇ ⁇ 0). That is, if the opening at idling is ⁇ idl, ⁇ 0 ⁇ ⁇ idl.
  • step S3 the spark ignition for the cylinder 2 whose ignition timing comes immediately after this processing time is stopped (cut).
  • step S4 it is determined whether or not a restart condition is satisfied, that is, whether or not a restart command is output. This determination is performed by assigning, for example, a flag for managing the presence / absence of the restart command to the RAM of the ECU 20 and referring to the state of the flag as in the case of step S1. If the restart condition is not satisfied, the subsequent processing is skipped and the current routine is terminated. If the restart condition is satisfied, the process proceeds to step S5, and the opening degree TA of the throttle valve 12 is controlled to open.
  • the opening degree ⁇ op on the opening side here is appropriately set as an opening degree at which an air amount equal to or larger than the air amount in the idling state is obtained. That is, ⁇ op ⁇ ⁇ idl.
  • step S6 it is determined whether or not the engine speed NE exceeds a threshold value NEst.
  • the engine speed NE is calculated based on the output of the crank angle sensor 21.
  • the threshold value NEst means the limit of the rotational speed at which it is difficult to restart only by spark ignition, in other words, means the upper limit of the rotational speed at which the starter 15 needs assistance, and is determined experimentally in advance. I can keep it.
  • the threshold value NEst may be set to a constant value (for example, 400 rpm), or may be a variable that changes the value depending on the situation. If the engine speed NE is less than or equal to the threshold value NEst, the starter 15 needs to be assisted. Therefore, the process proceeds to step S7 to start the starter 15.
  • step S8 to identify the cylinder 2 that is currently in the compression stroke, and in the subsequent step S9, the identified compression is performed. Spark ignition is performed on the cylinder 2 in the stroke. Then, the current routine is terminated.
  • FIG. 5 shows an example of a control routine of fuel injection control related to idling stop control.
  • step S11 the ECU 20 determines whether a stop condition is satisfied. If the stop condition is satisfied, the process proceeds to step S12. If not, the subsequent process is skipped and the current routine is terminated.
  • step S12 it is determined whether or not the fuel injection for the cylinder in which the piston 3 stops in the compression stroke (compression stroke stop cylinder) is completed. This determination is made based on the state of the final injection flag Fco provided for managing the end of the fuel injection (final injection). The flag Fco is set to ON when the final injection is completed, and is set to OFF in other cases.
  • step S13 the subsequent fuel injection is stopped (cut), and the current routine is terminated.
  • step S14 it is determined whether or not the cylinder that reaches the fuel injection timing is a cylinder that has stopped the compression stroke. This determination is made based on the state of the stopped cylinder determination flag Cco that is turned ON / OFF in the control routine shown in FIG.
  • FIG. 6 shows an example of a control routine of the compression stroke stop cylinder determination control.
  • step S21 it is determined whether or not the engine speed NE is equal to or less than a predetermined value NEco.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the predetermined value NEco used for determining the compression stroke stopped cylinder. As shown in this figure, the specific value of the predetermined value NEco is set based on the experimental fact that when the engine speed NE is the predetermined value NEco, the cylinder in the exhaust stroke reaches the stop completion in the compression stroke thereafter. Is done. That is, the cylinder in the exhaust stroke when the engine speed is the predetermined value NEco corresponds to the compression stroke stop cylinder.
  • step S21 if it is determined in step S21 that the engine speed NE is equal to or less than the predetermined value NEco, the process proceeds to step S22, the cylinder in the exhaust stroke is specified as the compression stroke stop cylinder, and the stop cylinder determination flag Cco is set to ON ( Cco ⁇ ON). Thereafter, the current routine is terminated.
  • the stroke (stroke) of each cylinder 2 is specified from the output of the crank angle sensor 21.
  • the process proceeds to step S23, where the stop cylinder determination flag Cco is set to OFF (Cco ⁇ OFF). End this routine.
  • step S15 the final injection flag Fco is set to ON (Fco ⁇ ON), and then fuel injection to the compression stroke cylinder is performed in step S16. To finish the current routine.
  • step S17 the final injection flag Fco is set to OFF (Fco ⁇ OFF), and then fuel injection is executed in step S16, and the current routine is terminated. To do.
  • the results shown in FIGS. 2 and 3 can be obtained. That is, regardless of whether or not the restart condition is satisfied, fuel is supplied in a state in which spark ignition is stopped after the stop condition is satisfied, so when the restart condition is satisfied in the stop process after the stop condition is established and before the stop is completed, By restarting spark ignition without supplying fuel after the start condition is established, ignition and combustion can be performed quickly and restarted. Since the control of this embodiment is less likely to miss the restart opportunity than the case where ignition is performed after fuel is supplied after the restart condition is satisfied, the restart condition is satisfied when the internal combustion engine 1 is stopped. The possibility of a successful restart can be increased.
  • the ECU 20 executes the control routines of FIGS. 4 to 6 to execute the restart control according to the present invention by executing steps S4 to S9 of FIG. 4 as the stop control means according to the present invention.
  • steps S4 to S9 of FIG. 4 as the stop control means according to the present invention.
  • step S2 and step S5 of FIG. 4 each functions as a throttle valve control means according to the present invention.
  • the internal combustion engine to which the stop / start control device of the present invention is applied is not limited to a port injection type internal combustion engine, but can also be applied to a so-called direct injection type internal combustion engine that directly injects fuel into a cylinder.
  • direct injection type internal combustion engine there are fewer restrictions than the port injection type internal combustion engine as to when the fuel can be supplied after the stop condition is satisfied, and there is an advantage that the degree of freedom of the fuel supply timing is increased.
  • the continuation of fuel supply after the stop condition is satisfied is limited to the compression stroke stop cylinders is only an example.
  • the internal combustion engine to which the present invention is applied is configured to start spark ignition from the expansion stroke in the restart after the completion of the stop, the expansion stroke in which the fuel supply is stopped in the expansion stroke when the stop is completed. You may continue to a stop cylinder.
  • the determination of the expansion stroke stop cylinder can be performed by the same method as that shown in FIG.
  • the means for decreasing or increasing the supply air amount in the stop process of the internal combustion engine is not limited to a mode for controlling the opening degree of the throttle valve.
  • the supply air amount can be reduced or increased by controlling the opening and closing timing of the intake valve provided for each cylinder. That is, the supply air amount may be decreased by delaying the closing timing of the intake valve, or may be increased by advancing the closing timing of the intake valve. Further, the supply air amount can be decreased or increased by using the throttle valve opening control and the intake valve opening / closing timing control together.

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Abstract

　停止始動制御装置２０は、火花点火型内燃機関１に適用され、停止条件が成立した場合に内燃機関１を停止させるとともに再始動条件が成立した場合に内燃機関１を再始動させる。停止条件の成立に応じて内燃機関１への火花点火を中止させつつ内燃機関１への燃料供給を継続させ、停止条件の成立後内燃機関１の停止完了前に再始動条件が成立した場合、停止条件の成立後に供給された燃料が燃焼するように内燃機関１への火花点火を再開させて再始動させる。

Description

内燃機関の停止始動制御装置
　本発明は、火花点火型内燃機関に適用されて、内燃機関の停止及びその再始動を自動的に行う内燃機関の停止始動制御装置に関する。
　車両の走行用動力源として搭載される内燃機関において、アイドリング時の燃料消費量及び排出ガスの低減などを図るため、車両が停止する等の停止条件が成立すると内燃機関を停止させ、その停止状態から再始動条件が成立すると内燃機関を再始動させる停止始動制御装置が広く知られている。例えば、この種の制御装置として、自動停止動作期間中に再始動要求があった場合、膨張行程の気筒に燃料を噴射して点火燃焼させ、更に圧縮行程気筒に燃料を噴射して点火燃焼をさせて再始動を行うものがある（特許文献１）。また、内燃機関を停止させる過程で気筒内に燃料を封入しておき、停止完了後にその燃料を点火燃焼させることにより再始動を行うものもある（特許文献２）。
特開２００５－１５５３６２号公報 特開２００５－３０２３７号公報
　特許文献１の装置は、内燃機関の停止が完了するまでの過程で再始動条件の成立を判定してから所定気筒に対して燃焼を噴射するので、その判定タイミングが遅ければ内燃機関の機関回転数の低下具合によって燃料を噴射する機会を逸してしまうこともある。このような場合には内燃機関の停止を完了させてから再始動させる必要があるため、ドライバビリティを損なうおそれがある。また、特許文献２の装置は内燃機関の停止完了前の停止過程で再始動を行うものではない。
　そこで、本発明は、内燃機関の停止過程中に再始動条件が成立した場合における再始動の成功可能性を高めることができる内燃機関の停止始動制御装置を提供することを目的とする。
　本発明の停止始動制御装置は、火花点火型内燃機関に適用され、所定の停止条件が成立した場合に前記内燃機関を停止させるとともに所定の再始動条件が成立した場合に前記内燃機関を再始動させる内燃機関の停止始動制御装置であって、前記停止条件の成立に応じて前記内燃機関への火花点火を中止させつつ前記内燃機関への燃料供給を継続させる停止制御手段と、前記停止条件の成立後前記内燃機関の停止完了前に前記再始動条件が成立した場合、前記停止条件の成立後に供給された燃料が燃焼するように前記内燃機関への火花点火を再開させる再始動制御手段と、を備えることにより上述した課題を解決する。
　この制御装置によれば、再始動条件の成否に関わりなく、停止条件成立後に火花点火が中止された状態で燃料供給が行われる。そのため、停止条件成立後停止完了前の停止過程において再始動条件が成立したときには、再始動条件成立後に燃料供給をせずに火花点火を再開することにより点火燃焼させて速やかに再始動できる。この制御装置は再始動条件成立後に燃料供給してから点火燃焼する場合よりも再始動の機会を逸する可能性が低いため、内燃機関の停止過程中に再始動条件が成立した場合における再始動の成功可能性を高めることができる。
　本発明の停止始動制御装置の一態様においては、前記内燃機関には該内燃機関に供給する供給空気量を開度の変化により調整可能なスロットル弁が設けられており、前記停止条件の成立後停止完了前に前記再始動条件が成立した場合、前記停止条件の成立後前記再始動条件の成立前よりも供給空気量が増加するように、前記スロットル弁の開度を開き側に制御するスロットル弁制御手段を更に備えてもよい。この態様によれば、再始動条件の成立後にその成立前よりも供給空気量が増加するので、再始動を試みる際の空気量不足を解消することができる。このため、火花点火を再開した後の点火燃焼が良好となって再始動の成功可能性が更に向上する。この態様においては、前記スロットル弁制御手段は、前記停止条件が成立した場合はその成立前よりも供給空気量が減少するように、前記スロットル弁の開度を閉じ側に制御してもよい。この場合には、停止条件成立前よりも供給空気量が減少するので、その空気の反力によってトルク変動が抑制されるため停止過程における振動を低減できる。また、仮に停止過程において再始動条件が成立しなかった場合でも、停止完了までの過程が速やかに進行するため停止条件成立後に供給された燃料の機関外への排出を抑制することができる。
　本発明の停止始動制御装置の一態様においては、前記内燃機関には電動機を駆動源とした始動装置が設けられており、前記再始動制御手段は、前記停止条件の成立後前記内燃機関の停止完了前に前記再始動条件が成立した際の前記内燃機関の機関回転数が所定値以下の場合、前記始動装置を作動させながら前記内燃機関への火花点火を再開させてもよい。停止過程においては機関回転数が低いほど点火燃焼によるトルクが不足するため再始動が難しくなる。この態様によれば、機関回転数が所定値以下の場合には始動装置の助けを借りて十分なトルクで再始動を試みることができるので確実に再始動を成功できるようになる。
　本発明の停止始動制御装置の一態様においては、前記内燃機関は複数の気筒を備えた４ストローク１サイクル機関として構成され、かつ前記内燃機関の停止完了後の再始動の際に所定行程で停止した気筒から火花点火を開始するように構成されており、前記停止制御手段は、前記所定行程で停止する気筒を前記複数の気筒のなかから特定するとともに、前記停止条件が成立してから、その特定した気筒まで燃料供給を継続させて、以後の燃料供給を前記内燃機関の停止完了まで中止させてもよい。停止完了後の再始動において、所定行程（例えば、圧縮行程又は膨張行程）で停止した気筒から火花点火を開始しする内燃機関の場合、停止過程において再始動条件が成立しないまま停止完了したときには、停止完了まで燃料供給を続行すると所定行程で停止する気筒への燃料供給後の他の気筒への燃料供給が無駄になる。この態様によれば、所定ストロールで停止する気筒を特定し、その気筒まで燃料供給が継続されて以後の燃料供給が停止完了まで中止される。そのため、燃料供給の無駄を省くことができるので燃費悪化を防止できる。
　本発明の停止始動制御装置の一態様においては、前記内燃機関は複数の気筒を備えた４ストローク１サイクル機関として構成されており、前記再始動制御手段は、前記停止条件の成立後前記内燃機関の停止完了前に前記再始動条件が成立した場合、当該再始動条件の成立の際に圧縮行程にある気筒から火花点火を再開させてもよい。この態様によれば、再始動条件の成立後に圧縮気筒にある気筒から火花点火が開始するので、速やかな再始動が実現できる。
　以上説明したように、本発明によれば、停止過程中の再始動条件成立後に燃料供給をせずに火花点火を再開して速やかに再始動できるので、再始動条件成立後に燃料供給してから点火燃焼する場合よりも再始動の機会を逸する可能性が低いため、内燃機関の停止過程中に再始動条件が成立した場合における再始動の成功可能性を高めることができる。
図１は、本発明の一形態に係る停止始動制御装置が適用された内燃機関を示した図である。 図２は、本発明の一形態に係る制御結果の一例を示すタイミングチャートである。 図３は、本発明の一形態に係る制御結果の他の例を示すタイミングチャートである。 図４は、アイドリングストップ制御に係る点火制御及び空気量制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。 図５は、アイドリングストップ制御に係る燃料噴射制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。 図６は、圧縮行程停止気筒判定制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。 図７は、圧縮行程停止気筒を判別のために使用する所定値ＮＥｃｏを説明する説明図である。
　図１は本発明の一形態に係る停止始動制御装置が適用された内燃機関を示している。内燃機関１は不図示の車両に走行用動力源として搭載される。図１において、内燃機関１は４ストローク１サイクル機関として構成されており、一方向に並ぶ４つの気筒２を備える。なお、図１では単一の気筒２のみを示すが、他の気筒２に関する構成も同じである。これらの気筒２を互いに区別するため、以下の説明又は図面においてこれらの気筒２の並び方向の一端から他端に向かって＃１～＃４の気筒番号を与えることがある。
　各気筒２におけるピストン３の位相は気筒２の個数及びレイアウトに応じて互いにずらされている。内燃機関１は直列４気筒型であるので、ピストン３の位相はクランク角にして１８０°ＣＡずつずらされている。これにより、４つの気筒２のうちいずれか一つの気筒２のピストン３は必ず吸気行程にあり、他のいずれか一つの気筒２のピストン３は必ず膨張行程にある。また、内燃機関１は、燃料噴射弁４から吸気ポート５に燃料を噴射して各気筒２内に混合気を導入し、その混合気に点火プラグ６の火花により点火するポート噴射型の火花点火型内燃機関として構成されている。各気筒２の点火順序は、＃１、＃３、＃４、＃２の順序に設定されている。燃料噴射弁４から噴射される燃料は一例としてガソリンである。更に、内燃機関１には、燃焼室７と吸気通路８及び排気通路９との間をそれぞれ開閉する吸気弁１０及び排気弁１１、吸気通路８からの空気量を調整するスロットル弁１２、及びピストン３の往復運動をクランク軸１４に回転運動として伝達するコンロッド１３が設けられる。これらの構成は周知の内燃機関と同様でよい。
　内燃機関１には、これを始動させるための始動装置としてのスタータ１５が設けられている。スタータ１５は、電動機１６を駆動源とし、電動機１６の回転を減速歯車機構１７を介してクランク軸１４と一体回転するリングギア１８に伝達する周知のものである。なお、減速歯車機構１７は、電動機１６からクランク軸１４への回転伝達を許容し、クランク軸１４から電動機１６への回転伝達を阻止するワンウェイクラッチを内蔵する。
　内燃機関１の運転状態はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０によって制御される。ＥＣＵ２０はマイクロプロセッサ、及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺装置を含んだコンピュータとして構成され、ＲＯＭに記録されたプログラムに従って内燃機関１の運転状態を制御するために必要な各種の処理を実行する。一例として、ＥＣＵ２０は、吸入空気量や空燃比を各種センサの出力信号から検出して、所定の空燃比が得られるように燃料噴射弁４の燃料噴射量を制御する。また、ＥＣＵ２０は点火プラグ６を駆動する点火回路１９を操作して火花点火の実行を制御する。ＥＣＵ２０が参照するセンサとしては、クランク軸１４の回転位置（クランク角）に対応した信号を出力するクランク角センサ２１、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ２２、内燃機関１を搭載する車両の車速を検出する車速センサ２３及び車両に設けられるミッションの変速段（シフト位置）を検出するシフト位置センサ２４等が設けられる。その他にも、ブレーキペダルの操作を検出するブレーキペダルセンサ等が設けられるが図示は省略した。また、ＥＣＵ２０はスロットル弁１２を操作してその開度を制御することができる。
　ＥＣＵ２０は、車両が停止する等の所定の停止条件が成立すると内燃機関１を停止させ、所定の再始動条件が成立するとその停止状態から内燃機関１を再始動させる、いわゆるアイドルストップ制御を内燃機関１に対して実行する。停止条件及び再始動条件はアイドルストップ制御に関する公知の技術と同様に設定してよい。例えば、車両が停止しかつ機関回転数（回転速度）がアイドル回転数になることをもって停止条件の成立を判断して、内燃機関１に対して停止指令を出力する。この場合、停止条件の成否の判断はクランク角センサ２１及び車速センサ２３からの信号に基づいて行われる。また、車両停止状態でミッションのシフト位置がドライブレンジの場合にアクセルペダルが踏まれ又はブレーキペダルが離されることをもって再始動条件の成立を判断して、内燃機関１に対して再始動指令を出力する。この場合、再始動条件の成否の判断はアクセル開度センサ２２及びシフト位置センサ２４又は不図示のブレーキペダルセンサの出力信号に基づいて行われる。停止条件又は再始動条件の成立の判断には機関温度やバッテリの状態等の種々の要素も加味されてよいが、これらは公知技術であるので詳しい説明は省略する。
　本形態はアイドルストップ制御において停止条件が成立してから内燃機関１の停止が完了する前に再始動条件が成立した場合の制御に特徴がある。まず、図２及び図３を参照して本形態に係る制御例を説明する。これらの図は内燃機関１のクランク角、機関回転数ＮＥ、スロットル弁１２の開度及びスタータ１５の動作状態の時間的変化を示し、これらに合わせて＃１～＃４の各気筒２のストロークと各気筒２に対する燃料供給（燃料噴射）及び火花点火の実行時期を示している。
　図２は本形態に係る制御結果の一例を示すタイミングチャートである。図示するように、停止条件が成立して停止指令が出力されると燃料噴射が継続された状態でその指令後直ちに火花点火が中止される。これと並行してスロットル弁１２の開度が閉じ側、この場合はスロットル弁１２が略全閉状態に制御される。燃料供給が継続されるものの火花点火が中止されるので、気筒２内での燃焼が行われずに機関回転数ＮＥは徐々に低下して停止完了に向かう。この間、スロットル弁１２が略全閉状態に制御されるので機関回転数ＮＥの変動が抑えられる。停止完了までの停止過程で再始動指令がない場合は、一点鎖線で示すように、火花点火が中止されつつ燃料噴射が圧縮行程で停止する気筒２まで（この例では＃２気筒まで）継続されてから停止完了する。燃料噴射を圧縮行程で停止する気筒まで継続するのは、停止完了後の再始動で圧縮気筒から火花点火を開始するため無駄な燃料噴射を回避するためである。
　一方、停止過程で再始動指令が出力される場合には、直ちにスロットル弁１２の開度が指令出力前よりも開き側に制御されて供給空気量が増加され、続いて再始動指令時に圧縮行程にあった気筒２（この例では＃１気筒）から火花点火が再開される。停止指令後に燃料噴射が行われているので、その燃料を含んだ気筒２内の混合気が火花点火の再開により燃焼し、これにより実線で示すように機関回転数ＮＥが立ち上がり再始動が成功する。図２の例では、再始動指令時の機関回転数ＮＥが火花点火のみによる再始動が困難となる閾値ＮＥｓｔを超えていて火花点火のみでも再始動に必要なトルクを確保できるので、再始動時にスタータ１５は作動されない。
　図３は本形態に係る制御結果の他の例を示すタイミングチャートである。この例は再始動指令のタイミングが図２よりも遅い場合を示している。停止過程で再始動指令がない場合は図２と同様である。再始動指令前の状態も図２と同様である。図３の例では、再始動指令時の機関回転数ＮＥが閾値ＮＥｓｔ以下なので、再始動指令後直ちにスタータ１５が作動される。同時にスロットル弁１２の開度も開き側に制御されて供給空気量が増加される。その後停止指令時に圧縮行程にある気筒２（この例では＃４気筒）から火花点火が再開される。この場合はスタータ１５の助けを借りることで再始動に必要なトルクを確保できるため実線で示すように機関回転数ＮＥが立ち上がり再始動が成功する。
　次に、以上の制御を実現するための具体的な処理手順についてフローチャートに沿って説明する。図４～図６はＥＣＵ２０が実行する制御ルーチンの一例を示すフローチャートであり、これらのルーチンは互いに並行して実行される。各制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ２０に保持されており、適時に読み出されて所定クランク角毎に繰り返し実行される。図４はアイドリングストップ制御に係る点火制御及び空気量制御の制御ルーチンの一例を示している。まず、ステップＳ１において、ＥＣＵ２０は停止条件が成立しているか否か、即ち停止指令が出力されているか否かを判断する。この判断は例えば停止指令の有無を管理するためのフラグをＥＣＵ２０のＲＡＭに割り当てて、そのフラグの状態を参照することにより実施できる。停止条件が成立していない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。停止条件が成立している場合はステップＳ２に進み、スロットル弁の開度ＴＡを閉じ側に制御する。ここでの閉じ側の開度θ０は、アイドリング時の空気量に満たない空気量になる開度θ０に設定され、例えば略全閉状態に設定される（ＴＡ←θ０）。即ち、アイドリング時の開度をθｉｄｌとすると、θ０≦θｉｄｌとなる。
　次にステップＳ３では、この処理時点の直後に点火時期が到来する気筒２に対する火花点火を中止（カット）する。次いで、ステップＳ４において再始動条件が成立しているか否か、即ち再始動指令が出力されているか否かを判断する。この判断はステップＳ１の場合と同様に例えば再始動指令の有無を管理するためのフラグをＥＣＵ２０のＲＡＭに割り当てて、そのフラグの状態を参照することにより実施する。再始動条件が成立していない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。再始動条件が成立している場合はステップＳ５に進み、スロットル弁１２の開度ＴＡを開き側に制御する。ここでの開き側の開度θｏｐは、アイドリング状態の空気量以上の空気量が得られる開度として適宜設定される。即ち、θｏｐ≧θｉｄｌとなる。
　次にステップＳ６では、機関回転数ＮＥが閾値ＮＥｓｔを超えているか否かを判断する。機関回転数ＮＥはクランク角センサ２１の出力に基づいて演算される。閾値ＮＥｓｔは上述したように、火花点火のみでは再始動が困難になる回転数の限界を意味し、換言すればスタータ１５による助力が必要となる回転数の上限を意味し、予め実験的に定めておくことができる。閾値ＮＥｓｔは一定値（例えば、４００ｒｐｍ）に設定してもよいし、状況に応じて値を変化させる変数でもよい。機関回転数ＮＥが閾値ＮＥｓｔ以下の場合はスタータ１５の助力を要するため、ステップＳ７に進んでスタータ１５を起動させる。一方機関回転数ＮＥが閾値ＮＥｓｔを超えている場合はスタータ１５の助力が必要ないので、ステップＳ８に進んで、現時点において圧縮行程にある気筒２を特定し、続くステップＳ９において、特定された圧縮行程にある気筒２に対して火花点火を実行する。そして、今回のルーチンを終了する。
　図５はアイドリングストップ制御に係る燃料噴射制御の制御ルーチンの一例を示している。まず、ステップＳ１１において、ＥＣＵ２０は停止条件が成立したか否かを判定する。停止条件が成立している場合はステップＳ１２に進み、そうでない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。ステップＳ１２では、圧縮行程でピストン３が停止する気筒（圧縮行程停止気筒）に対する燃料噴射が終了したか否かを判定する。この判定は、その燃料噴射（最終噴射）の終了を管理するために設けられた最終噴射フラグＦｃｏの状態に基づいて行われる。そのフラグＦｃｏは最終噴射が終了したときにＯＮに設定され、それ以外の場合はＯＦＦに設定される。最終噴射が終了した場合、つまりフラグＦｃｏがＯＮの場合にはステップＳ１３に進んで、以後の燃料噴射を中止（カット）し、今回のルーチンを終了する。一方、最終噴射が未了の場合はステップＳ１４に進んで、燃料噴射時期を迎える気筒が圧縮行程停止気筒か否かを判別する。この判別は図６に示す制御ルーチンにてＯＮ／ＯＦＦされる停止気筒判別フラグＣｃｏの状態に基づいて行われる。
　図６は圧縮行程停止気筒判定制御の制御ルーチンの一例を示している。まずステップＳ２１において、機関回転数ＮＥが所定値ＮＥｃｏ以下か否かを判定する。図７は圧縮行程停止気筒を判別のために使用する所定値ＮＥｃｏを説明する説明図である。この図に示すように、所定値ＮＥｃｏの具体的な値は、機関回転数ＮＥが所定値ＮＥｃｏのときに排気行程にある気筒がその後圧縮行程で停止完了を迎える実験的な事実に基づいて設定される。つまり、機関回転数が所定値ＮＥｃｏの際に排気行程にある気筒が圧縮行程停止気筒に相当する。そこで、ステップＳ２１において機関回転数ＮＥが所定値ＮＥｃｏ以下と判定された場合はステップＳ２２に進み、排気行程にある気筒を圧縮行程停止気筒として特定し、停止気筒判別フラグＣｃｏをＯＮに設定する（Ｃｃｏ←ＯＮ）。その後、今回のルーチンを終了する。周知のように各気筒２の行程（ストローク）はクランク角センサ２１の出力から特定される。一方、機関回転数ＮＥが所定値を超えている場合は、圧縮行程停止気筒を判別できる時期にないので、ステップＳ２３に進んで、停止気筒判別フラグＣｃｏをＯＦＦに設定し（Ｃｃｏ←ＯＦＦ）、今回のルーチンを終了する。
　図５に戻り、ステップＳ１４で停止気筒判別フラグＣｃｏがＯＮの場合はステップＳ１５に進んで最終噴射フラグＦｃｏをＯＮに設定し（Ｆｃｏ←ＯＮ）、その上でステップＳ１６において圧縮行程気筒に対する燃料噴射を実行して今回のルーチンを終了する。一方、停止気筒判別フラグＣｃｏがＯＮでない場合は、ステップＳ１７に進んで最終噴射フラグＦｃｏをＯＦＦに設定し（Ｆｃｏ←ＯＦＦ）、その上でステップＳ１６において燃料噴射を実行して今回のルーチンを終了する。
　以上の図４～図６に示した制御ルーチンを実行することにより、図２及び図３に示した結果を得ることができる。即ち、再始動条件の成否に関わりなく、停止条件成立後に火花点火が中止された状態で燃料供給が行われるため、停止条件成立後停止完了前の停止過程において再始動条件が成立したときには、再始動条件成立後に燃料供給をせずに火花点火を再開することにより点火燃焼させて速やかに再始動できる。本形態の制御は再始動条件成立後に燃料供給してから点火燃焼する場合よりも再始動の機会を逸する可能性が低いため、内燃機関１の停止過程中に再始動条件が成立した場合における再始動の成功可能性を高めることができる。
　以上の形態において、ＥＣＵ２０は図４～図６の制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る停止制御手段として、図４のステップＳ４～９を実行することにより、本発明に係る再始動制御手段として、図４のステップＳ２及びステップＳ５を実行することにより、本発明に係るスロットル弁制御手段としてそれぞれ機能する。
　但し、本発明は以上の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。本発明の停止始動制御装置が適用される内燃機関はポート噴射型の内燃機関に限定されず、気筒内に燃料を直接的に噴射するいわゆる直噴型の内燃機関にも適用できる。直噴型の内燃機関に適用する場合には停止条件成立後に燃料供給できる時期についてポート噴射型の内燃機関よりも制約が少ないので、その燃料供給時期の自由度が高まる利点がある。
　また、停止条件成立後における燃料供給の継続を圧縮行程停止気筒までとするのは一例にすぎない。例えば、本発明を適用する内燃機関が停止完了後の再始動において膨張行程から火花点火を開始するように構成されている場合には、その燃料供給を停止完了時において膨張行程で停止する膨張行程停止気筒まで継続させてもよい。膨張行程停止気筒の判別は図７に示したものと同様の方法で実施することができる。
　また、内燃機関の停止過程において供給空気量を減量あるいは増量させる手段としては、スロットル弁の開度を制御する形態に限定されない。例えば、気筒毎に設けられる吸気弁の開閉時期を制御することで供給空気量を減量あるいは増量させることもできる。即ち吸気弁の閉弁時期を遅角させて供給空気量を減量させたり、吸気弁の閉弁時期を進角させて供給空気量を増量させてもよい。また、スロットル弁の開度制御と吸気弁の開閉時期制御とを併用して、供給空気量を減量あるいは増量させることもできる。

Claims (6)

  1. 　火花点火型内燃機関に適用され、所定の停止条件が成立した場合に前記内燃機関を停止させるとともに所定の再始動条件が成立した場合に前記内燃機関を再始動させる内燃機関の停止始動制御装置であって、
    　前記停止条件の成立に応じて前記内燃機関への火花点火を中止させつつ前記内燃機関への燃料供給を継続させる停止制御手段と、前記停止条件の成立後前記内燃機関の停止完了前に前記再始動条件が成立した場合、前記停止条件の成立後に供給された燃料が燃焼するように前記内燃機関への火花点火を再開させる再始動制御手段と、を備える内燃機関の停止始動制御装置。
  2. 　前記内燃機関には該内燃機関に供給する供給空気量を開度の変化により調整可能なスロットル弁が設けられており、
    　前記停止条件の成立後前記内燃機関の停止完了前に前記再始動条件が成立した場合、前記停止条件の成立後前記再始動条件の成立前よりも供給空気量が増加するように、前記スロットル弁の開度を開き側に制御するスロットル弁制御手段を更に備える請求項１に記載の内燃機関の停止始動制御装置。
  3. 　前記スロットル弁制御手段は、前記停止条件が成立した場合はその成立前よりも供給空気量が減少するように、前記スロットル弁の開度を閉じ側に制御する請求項２に記載の内燃機関の停止始動制御装置。
  4. 　前記内燃機関には電動機を駆動源とした始動装置が設けられており、
    　前記再始動制御手段は、前記停止条件の成立後前記内燃機関の停止完了前に前記再始動条件が成立した際の前記内燃機関の機関回転数が所定値以下の場合、前記始動装置を作動させながら前記内燃機関への火花点火を再開させる請求項１～３のいずれか一項に記載の内燃機関の停止始動制御装置。
  5. 　前記内燃機関は複数の気筒を備えた４ストローク１サイクル機関として構成され、かつ前記内燃機関の停止完了後の再始動の際に所定行程で停止した気筒から火花点火を開始するように構成されており、
    　前記停止制御手段は、前記所定行程で停止する気筒を前記複数の気筒のなかから特定するとともに、前記停止条件が成立してから、その特定した気筒まで燃料供給を継続させて、以後の燃料供給を前記内燃機関の停止完了まで中止させる請求項１～３のいずれか一項に記載の内燃機関の停止始動制御装置。
  6. 　前記内燃機関は複数の気筒を備えた４ストローク１サイクル機関として構成されており、前記再始動制御手段は、前記停止条件の成立後前記内燃機関の停止完了前に前記再始動条件が成立した場合、当該再始動条件の成立の際に圧縮行程にある気筒から火花点火を再開させる請求項１～３のいずれか一項に記載の内燃機関の停止始動制御装置。
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