(57)【要約】【課題】自動停止・再始動可能な内燃機関における機関再始動時の燃焼をより安定して実行することのできる車載内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】クランクシャフト１１との常時噛み合い式のスタータ２０を備えるとともに、車両操作の所定の条件下において自動停止・再始動の可能な内燃機関１０を制御の対象とする。車両操作の所定の条件のもとに停止指令の発せられた内燃機関１０の再始動条件成立に基づく再始動時、機関回転速度が自律運転に復帰不可能な範囲にあるときのスタータ２０介入による機関の再始動を制御する。その際、機関回転速度が機関停止には至っていないものの自律運転に復帰不可能な範囲にあることを条件に、始動時燃料噴射量を再始動条件成立時以降に内燃機関１０のシリンダ＃１〜＃４に吸入される空気量として予測される空気量である予測空気量に応じて減量補正する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関出力軸との常時噛み合い式のスタータを備えるとともに、車両操作の所定の条件下において自動停止・再始動の可能な車載内燃機関を制御の対象とし、車両操作の所定の条件のもとに停止指令の発せられた内燃機関の再始動条件成立に基づく再始動時、機関回転速度が自律運転に復帰不可能な範囲にあるときのスタータ介入による機関の再始動に際しての燃料噴射量を制御する車載内燃機関の制御装置であって、
前記再始動条件成立時の機関回転速度が機関停止には至っていないものの前記自律運転に復帰不可能な範囲にあることを条件に、スタータの介入に伴い算出される始動時燃料噴射量を前記再始動条件成立時以降に内燃機関のシリンダに吸入される空気量として予測される空気量である予測空気量に応じて減量補正するようにした
ことを特徴とする車載内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記予測空気量を前記シリンダに吸入される空気量の最大値に対する比率である「０＜予測空気量比率＜１００（％）」に変換し、前記始動時燃料噴射量の減量補正を、
（始動時燃料噴射量）×（予測空気量比率）
として実行する
請求項１に記載の車載内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記予測空気量は、前記内燃機関の吸入空気量センサであるエアフローメータにより計測された空気量が前記シリンダに至るまでの一次遅れ系として予測される
請求項２に記載の車載内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記一次遅れ系は、前記予測空気量の値をＱａ、同値Ｑａに対する周期演算での前回の値をＱｂ、前記エアフローメータによるその都度の計測値をＱｓ、前記エアフローメータから前記シリンダに至る吸気系の一次遅れ時定数をτとするとき、
Ｑａ＝Ｑｂ＋（Ｑｓ−Ｑｂ）／τ
として前記予測空気量の値Ｑａを予測する
請求項３に記載の車載内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記機関回転速度が自律運転に復帰不可能な範囲の上限回転速度が当該内燃機関のアイドル回転速度未満の回転速度である
請求項１〜４のいずれか一項に記載の車載内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は内燃機関の制御装置に関し、特に所定の条件下において自動停止・再始動の可能な内燃機関を対象としてその再始動時の燃料噴射量を制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば特許文献１に記載の装置のように、所定の条件が成立した場合に内燃機関の運転を自動的に停止させるとともに、この条件の解除を契機として再び内燃機関を始動させる、いわゆるエコノミーランニング機能を有する内燃機関の制御装置が知られている。より詳細には、こうした内燃機関の制御装置は、その制御対象である内燃機関を搭載した車両が信号待ち等により一時的に停車したとき、すなわち、車両の走行速度が所定以下であること、運転者によるアクセルペダルの操作量が「０」であること、及び運転者によりブレーキペダルが踏み込まれていること等の条件が成立したとき、内燃機関の自動停止条件が成立したと判断する。そして、この判断のもとに内燃機関に噴射する燃料量を「０」とする、いわゆる燃料カットを実行して機関運転を自動停止させる。その後、運転者によるアクセルペダルの操作量が「０」でないこと、あるいは運転者によるブレーキペダルの踏み込みがないこと等の条件が成立したとき、内燃機関の再始動条件が成立したと判断し、内燃機関の補機である発電電動機を駆動して機関運転を再開させる。同文献に記載の制御装置では、こうした一連の制御により、機関運転に係る燃料消費量の低減を可能としている。
【０００３】
一方近年は、例えば特許文献２に記載の装置のように、内燃機関の始動装置であるスタータとして、その出力軸に設けられたピニオンギヤと同ピニオンギヤの回転力を内燃機関のクランクシャフトに伝達するリングギヤとが、機関始動時に限らず常に噛み合わされたスタータが採用されることも多い。こうした常時噛み合い式のスタータによれば、機関始動時にのみピニオンギヤとリングギヤとが噛み合わされる従来のスタータに比べて機関始動に係る時間を短縮することが可能となる。そのため、上記特許文献１に記載の装置のような自動停止・再始動の可能な内燃機関での再始動時、すなわち通常の機関始動時よりも迅速さが求められる場面においては、この常時噛み合い式のスタータによる機関始動が特に有効である。
【特許文献１】特開２００５−３６７９０号公報
【特許文献２】特開２００６−６３９１３号公報
【特許文献３】特開昭６３−２３５６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、スタータによる内燃機関の始動時には通常、例えば特許文献３に記載の装置のように、そのときの機関冷却水温や吸気温等に応じて内燃機関の自律運転時よりも燃料噴射量を増量してその始動性を高めるようにしている。そして、こうした機関始動時における燃料噴射量の増量は、上記自動停止・再始動可能な内燃機関にも適用することができる。すなわち、このような自動停止・再始動の可能な内燃機関にあっては、イグニッションスイッチをオンすることにより機関を始動する通常の機関始動時のみならず、機関の自動停止後の機関再始動時にも、上記燃料噴射量の増量が実行されることとなる。ただし、この自動停止・再始動の可能な内燃機関においては、その自動停止から再始動に至るまでの経過時間や機関回転数等によって、
Ａ．内燃機関が完全に停止しており、スタータの介入した再始動が必要。
【０００５】
Ｂ．内燃機関が完全に停止してはいないが、自律運転への移行が不可能であるため、ス
タータの介入した再始動が必要。
Ｃ．内燃機関が完全に停止しておらず、自律運転への移行が可能。
といったように、再始動時の機関状態が必ずしも一致しない。このうち、特に上記Ｃ．の状態にあれば、機関の自動停止過程から通常運転への移行も容易であり、運転者の要求に応じて迅速に再始動（車両の発進）が可能である。また、上記Ａ．の状態にあっても、内燃機関が完全に停止し、いわばイグニッションスイッチのオンによる通常の機関始動とほぼ同様の条件となっているため、この通常始動に準じた態様にて適切に機関の再始動を図ることが可能である。一方、上記Ｂ．の状態の場合、これも再始動時にスタータの介入があるため、上記Ａ．の状態あるいは通常始動と同様に燃料噴射量が増量される。しかしながら、これらＡ．の状態での再始動時あるいは通常始動時は、機関が完全に停止しているため、吸気管内の圧力が大気圧となっているのに対し、上記Ｂ．の状態では機関回転に伴う負圧が吸気管内に残存している。そのため、このＢ．の状態ではシリンダ内に導入される空気量が制限され、この状態で上記燃料噴射量の増量が行われるとオーバーリッチ状態となって、混合気の着火性がむしろ悪化する虞がある。ちなみに、燃料噴射に先立ち、吸入空気量を調節するスロットルバルブを瞬時に大きく開くことによって、吸気管内を大気圧とすることも可能ではある。ところが、機関が完全には停止していないこのような状況でこうしたスロットル操作を行うと、機関再始動後に機関回転数が過剰に上昇する、いわゆる吹き上がりを招くことにもなりかねない。
【０００６】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、自動停止・再始動可能な内燃機関における機関再始動時の燃焼をより安定して実行することのできる車載内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、機関出力軸との常時噛み合い式のスタータを備えるとともに、車両操作の所定の条件下において自動停止・再始動の可能な車載内燃機関を制御の対象とし、車両操作の所定の条件のもとに停止指令の発せられた内燃機関の再始動条件成立に基づく再始動時、機関回転速度が自律運転に復帰不可能な範囲にあるときのスタータ介入による機関の再始動に際しての燃料噴射量を制御する車載内燃機関の制御装置であって、前記再始動条件成立時の機関回転速度が機関停止には至っていないものの前記自律運転に復帰不可能な範囲にあることを条件に、スタータの介入に伴い算出される始動時燃料噴射量を前記再始動条件成立時以降に内燃機関のシリンダに吸入される空気量として予測される空気量である予測空気量に応じて減量補正するようにしたことをその要旨とする。
【０００８】
上記構成では、自動停止した機関の再始動時にスタータを介入させる場合には、このときにシリンダに噴射される燃料量としての始動時燃料噴射量を、機関の再始動条件成立時以降の予測空気量に応じて減量補正するようにしている。これにより、自動停止処理過程中の機関回転に伴い内燃機関の吸気管内に負圧が残存している等して、再始動時の吸入空気量が機関の完全停止時よりも少ない場合であっても、こうした吸入空気量の減少度合い応じて始動時燃料噴射量が減量補正されるため、シリンダに噴射される燃料が過剰となることを抑制することができるようになる。すなわち、シリンダ内の混合気がオーバーリッチとなることを抑制し、その着火性の悪化を回避可能とする等、機関再始動時の燃焼をより安定して実行することができるようになる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記予測空気量を前記シリンダに吸入される空気量の最大値に対する比率である「０＜予測空気量比率＜１００（％）」に変換し、前記始動時燃料噴射量の減量補正を、「（始動時燃料噴射量）×（予測空気量比率）」として実行することをその要旨とする。
【００１０】
上記構成によれば、シリンダに吸入される空気量の最大値に対する予測空気量の比率を、始動時燃料噴射量に乗ずることにより始動時燃料噴射量を減量補正するようにしているため、機関再始動時の減量補正された燃料噴射量を容易に算出することができるとともに、機関始動時における吸入空気量の減少度合いを、燃料噴射量の減量度合いに確実に反映させることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記予測空気量は、前記内燃機関の吸入空気量センサであるエアフローメータにより計測された空気量が前記シリンダに至るまでの一次遅れ系として予測されることをその要旨とする。
【００１２】
吸入空気量センサであるエアフローメータは通常、内燃機関内に吸入空気を導入する吸気管の上流に設けられている。そのため、エアフローメータを通過した吸入空気が吸気ポートを介してシリンダに到達するまでには、すなわち、エアフローメータの計測値がシリンダ内の空気量に等しくなるまでには、エアフローメータから吸気ポートまでの間を吸入空気が流通する時間分だけ遅れが生じることになる。
【００１３】
そこで、上記請求項３に記載の発明のように、予測空気量として、エアフローメータにより計測された空気量をシリンダに至るまでの一次遅れ系として予測した値を用いることとすれば、エアフローメータにより計測された吸入空気量そのものを始動時燃料噴射量の減量補正に用いるよりも、その補正に係る精度を向上させることが可能となる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記一次遅れ系は、前記予測空気量の値をＱａ、同値Ｑａに対する周期演算での前回の値をＱｂ、前記エアフローメータによるその都度の計測値をＱｓ、前記エアフローメータから前記シリンダに至る吸気系の一次遅れ時定数をτとするとき、「Ｑａ＝Ｑｂ＋（Ｑｓ−Ｑｂ）／τ」として前記予測空気量の値Ｑａを予測することをその要旨とする。
【００１５】
上記構成では、一次遅れ系によりシリンダに吸入される空気量を予測するに際し、エアフローメータによるその都度の計測値Ｑｓと、この空気量予測に係る周期演算での前回値Ｑｂとを用いるようにしている。そのため、空気量の予測値である予測空気量を容易に求めることが可能でありながらも、この予測空気量に上記吸入空気の遅れを確実に反映させることができるようになる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記機関回転速度が自律運転に復帰不可能な範囲の上限回転速度が当該内燃機関のアイドル回転速度未満の回転速度であることをその要旨とする。
【００１７】
上記構成では、自律運転に復帰不可能な範囲の上限回転速度として、当該内燃機関のアイドル回転速度未満の回転速度を設定するようにしている。これにより、スタータ駆動時の機関回転数が大きく、スタータの介入により再始動中あるいはそれ以降に機関回転速度が過剰に大きくなるといったことを抑制することができるようになる。また、再始動時の機関回転数が小さいにもかかわらず自律運転を実行しようとして、機関回転がストールに至るといったことも抑制可能となる。なお、当該内燃機関のアイドル回転速度が６００〜８００ｒｐｍである場合、上記自律運転に復帰不可能な範囲の上限回転速度としてはこれよりもやや低めの４００ｒｐｍ程度が望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る車載内燃機関の制御装置を自動変速機付車両、いわゆるＡＴ車に搭載されて、車両操作の所定の条件下における自動停止・再始動が可能な内燃機関に適用した一実施の形態について、図１〜図５を参照して説明する。
【００１９】
まず、本実施の形態の制御装置が制御の対象とする車載内燃機関の概要について図１〜図３を参照して説明する。
図１は、自動変速機付車両に搭載される直列４気筒内燃機関及びその周辺構成の概略を示したものである。この図１に示されるように、内燃機関１０の直列に配列された４つのシリンダ＃１，＃２，＃３，＃４には、これらシリンダ＃１，＃２，＃３，＃４に空気を供給する吸気管１３、及び同シリンダ＃１，＃２，＃３，＃４での燃料と空気との混合気の燃焼により発生した排気が排出される排気管１６がそれぞれ接続されている。なお、これら吸気管１３及び排気管１６は、シリンダ＃１，＃２，＃３，＃４との接続部で１本から４本に分岐しており、吸気管１３についてはこの分岐点よりも上流に、その流入空気量を調量するスロットルバルブ１２と、同流入空気量を計測するエアフローメータ４７とが設けられている。また、上記シリンダ＃１，＃２，＃３，＃４での燃焼に供される燃料を高圧化しつつ燃料タンクから同シリンダ＃１，＃２，＃３，＃４へ輸送する燃料供給管１４が設けられているとともに、この燃料供給管１４には上記高圧燃料をシリンダ＃１，＃２，＃３，＃４内に直接噴射する燃料噴射弁１５が接続されている。
【００２０】
一方、上記シリンダ＃１，＃２，＃３，＃４のそれぞれには、吸気管１３から供給される空気と燃料噴射弁１５から噴射される燃料との混合気の燃焼に伴い、同シリンダ＃１，＃２，＃３，＃４内を上下運動するピストンが設けられている。そして、これらピストンのそれぞれは、その上下運動を回転運動に変換するコネクティングロッドを介して１本のクランクシャフト１１に連結されている。このクランクシャフト１１は、その一端が、車両の走行速度や内燃機関１０の回転速度等の運転状況に応じて機関回転の減速度合いである変速比を自動的に変更する自動変速機３０を介して駆動輪に接続されている。また、同クランクシャフト１１の他端に設けられたプーリ３４と発電電動機３３の出力軸の端部に設けられたプーリ３５とにはベルト３６が掛架されている。この発電電動機３３は、クランクシャフト１１の回転を利用して発電して、その電力をバッテリ３１に充電するとともに、同クランクシャフト１１の回転が停止している際にエアコンディショナー（正確にはそのコンプレッサ）等の補機を駆動させるときには電動機として機能するものである。なお、クランクシャフト１１の上記プーリ３４との連結部には、ベルト３６を介しての発電電動機３３との駆動連結を断接する電磁クラッチ３２が設けられている。
【００２１】
このような内燃機関１０の運転時には、機関運転状態に応じてスロットルバルブ１２によって調量された空気が、吸気管１３からシリンダ＃１，＃２，＃３，＃４に供給されるとともに、シリンダ＃１，＃２，＃３，＃４内でこの空気と燃料噴射弁１５から噴射された燃料との混合気が燃焼され、この燃焼によって生じた排気が排気管１６に排出される。こうした燃焼に伴って、シリンダ＃１，＃２，＃３，＃４内を上下動するピストンの運動はコネクティングロッドにより回転運動に変換されてクランクシャフト１１を回転させる。このクランクシャフト１１の回転は、電磁クラッチ３２によって接続されたプーリ３４を介して発電電動機３３に伝達され、同発電電動機３３において発電が行われる。一方、内燃機関１０の停止時に上記エアコンディショナー（コンプレッサ）等の補機を駆動するような場合には、電磁クラッチ３２によりクランクシャフト１１とプーリ３４との接続が断たれた後、発電電動機３３が電動機として機能して上記補機を駆動する。
【００２２】
また内燃機関１０には、その運転が停止している際、イグニッションスイッチがオンされたことを契機に、上記バッテリ３１から供給される電力を用いてクランクシャフト１１を回転させ、内燃機関１０の自律運転を促す始動装置としてスタータ２０が設けられている。
【００２３】
次に、このスタータ２０、及び同スタータ２０の回転力をクランクシャフト１１に伝達する機構についてその構成を図２を参照して詳述する。
同図２に示されるように、クランクシャフト１１の自動変速機３０側端部に設けられた大径部１１ａには、転がり軸受である玉軸受２６が圧入されているとともに、この玉軸受２６の外周には、円盤状をなすリングギヤ２１の内周に設けられたインナーレース２３が嵌合されている。また、クランクシャフト１１には、リングギヤ２１のインナーレース２３と径方向にて対向し、リングギヤ２１の上記クランクシャフト１１に対する特定方向の回転のみを伝達するワンウェイクラッチ２２を狭持するアウターレース２５を備えてこれも円盤状をなすアウターレース部材２４が挿入されている。そして、このアウターレース部材２４は、クランクシャフト１１の自動変速機３０側に挿入されて同クランクシャフト１１の回転むらを抑制するフライホイール１１ｂとともに、上記大径部１１ａにボルト２７により締結されている。
【００２４】
一方、上記リングギヤ２１は、その外周に設けられた歯が、スタータ２０の出力軸２０ａに設けられたピニオンギヤ２０ｂの歯と常時噛み合わされている。
このようなスタータ２０を用いて停止状態にあるとする内燃機関１０の始動を行う際には、次のような態様にて、その動力の伝達、解除が行われることとなる。
【００２５】
まず、イグニッションスイッチのオンに伴い、バッテリ３１から供給された電力によりスタータ２０が回転する。このスタータ２０の回転により、その出力軸２０ａに設けられたピニオンギヤ２０ｂが回転し、このピニオンギヤ２０ｂの回転がこれと常時噛み合わされているリングギヤ２１に伝達される。こうしてリングギヤ２１に対する動力伝達が開始されると、このリングギヤ２１と上記アウターレース部材２４とを継合するワンウェイクラッチ２２により、アウターレース部材２４ともどもこれが締結されているクランクシャフト１１が回転される。
【００２６】
他方、こうしたクランクシャフト１１の回転を経て内燃機関１０が自律運転を開始し、クランクシャフト１１の回転速度がスタータ２０の回転速度、すなわちスタータ２０に連動して回転するリングギヤ２１の回転速度よりも高くなると、リングギヤ２１の回転方向がクランクシャフト１１と連動して回転するアウターレース部材２４の回転方向に対して相対的に逆向きとなる。これにより、ワンウェイクラッチ２２によるリングギヤ２１とアウターレース部材２４との継合が解除されることとなり、クランクシャフト１１の回転がアウターレース部材２４及びリングギヤ２１を介してスタータ２０に伝達されることはなくなる。そのため、上記ピニオンギヤ２０ｂとリングギヤ２１とが常時噛み合わされた状態であっても、例えば機関始動時のように必要なときに限りスタータ２０及びリングギヤ２１を回転させることができるようになる。そして、こうした常時噛み合い式のスタータ２０によれば、スタータ２０の駆動毎にピニオンギヤ２０ｂとリングギヤ２１とを噛み合わせるタイプのスタータと比較して、これらギヤ２０ｂ、２１同士の噛み合わせに係る時間を省略できる分、内燃機関１０の始動に係る時間を短縮することが可能となる。
【００２７】
また一方、先の図１に示されるように、内燃機関１０、あるいは同内燃機関１０の搭載された車両には、これら内燃機関１０あるいは車両の運転状態を検出するセンサとして、
・内燃機関１０の回転速度を検出する機関回転速度センサ４１。
【００２８】
・内燃機関１０の搭載された車両の走行速度を検出する車速センサ４２。
・内燃機関１０を冷却する機関冷却水の温度を検出する冷却水温センサ４３。
・バッテリ３１の充電量を算出するために、バッテリ３１との間で出入りする電流を検出するバッテリ電流センサ４４。
【００２９】
・車両に設けられたアクセルペダルの操作量を検出するアクセル開度センサ４５。
・同じく車両に設けられたブレーキペダルの操作量を検出するブレーキペダルセンサ４６。
等々が設けられており、これらセンサ４１〜４６による検出信号及び上記エアフローメータ４７の検出信号が、電子制御装置４０に入力される。この電子制御装置４０は、演算処理装置（ＣＰＵ）やプログラムメモリ（ＲＯＭ）、データメモリ（ＲＡＭ）等を有して上記自動変速機３０、燃料噴射弁１５、及びスタータ２０等の制御を含む各種制御を実行するマイクロコンピュータを中心に構成されている。そして、このマイクロコンピュータの周辺回路として、上記各種センサの検出信号が取り込まれる入力部、そしてマイクロコンピュータからの指令に基づき各種アクチュエータを駆動するドライバ等が設けられている。この電子制御装置４０の入力部には上述の各種センサが、他方、出力部には、各々対応するドライバを介して自動変速機３０の変速比制御に係るアクチュエータ、燃料噴射弁１５、スタータ２０等がそれぞれ電気的に接続されている。
【００３０】
また、このように構成された電子制御装置４０では、上記内燃機関１０を搭載した車両の運転状態や、その操作に応じて内燃機関１０の運転を自動的に停止及び再始動させる、いわゆるエコノミーランニングに係る制御も実行する。このエコノミーランニングに係る制御の詳細を、図３を参照して以下に説明する。
【００３１】
同図３に示されるように、停止状態にある車両のイグニッションスイッチ（ＩＧ）が運転者によって「ＯＦＦ（オフ）」位置から「ＯＮ（オン）」位置に操作され、上記電子制御装置４０が起動されると、同電子制御装置４０はエコノミーランニングに係る制御の制御モードを通常の内燃機関１０の運転停止を示すモードである「モード０」に設定する。また、運転者によりイグニッションスイッチが「ＳＴＡ（スタート）」位置に操作されると、上記スタータ２０が回転駆動され、この回転に伴ってクランクシャフト１１が回転されることにより内燃機関１０が始動される。そして、こうした始動が完了し、内燃機関１０が自律運転を開始すると、制御装置は上記制御モードを機関運転状態を示す「モード１」に設定する。この「モード１」が設定された状態で、運転者により再びイグニッションスイッチが操作されて、その位置が「ＯＦＦ（オフ）」位置とされると、電子制御装置４０は、通常の機関停止処理を実行して内燃機関１０を停止させるとともに、制御モードを変更して「モード０」とする。なお、制御モードが上記「モード１」にあるときには、クランクシャフト１１に設けられた上記電磁クラッチ３２（図１）により、同クランクシャフト１１と発電電動機３３とが連結される。そのため、発電電動機はクランクシャフト１１の回転に連動して回転されて発電し、この発電された電力がバッテリ３１に充電されることとなる。
【００３２】
一方、内燃機関１０が運転状態にあるときに、換言すれば上記制御モードが「モード１」に設定されているときに、例えば信号待ち等で車両が一時的に停止したことによって内燃機関１０を自動停止させる条件が成立すると、電子制御装置４０は制御モードを「モード２」に変更する。なお、上記自動停止条件としては、
・アクセル操作量が「０」であること。
【００３３】
・車両の走行速度ＳＰが所定速度ＳＰａ以下であること。
・ブレーキペダルが踏み込まれていること。
・機関冷却水の温度ＴＷが所定温度ＴＷａ以上であること。
【００３４】
・バッテリ３１の充電量ＶＢＡＴが所定値ＶＢＡＴａ以上であること。
等が挙げられ、特に、本実施の形態においては、電子制御装置４０がその入力部に接続されている上記各センサ４２，４３，４４，４５，４６の検出信号からこうした条件が全て成立したと判断したときに、内燃機関１０の自動停止条件が成立したと判断するようにしている。なお、上記自動停止条件の成立判断に用いられる閾値である各種数値ＳＰａ，ＴＷａ，ＶＢＡＴａは、予め実験等によって算出され、電子制御装置４０（マイクロコンピュータ）の備えるプログラムメモリ（ＲＯＭ）に記憶されている。ちなみに、上記所定温
度ＴＷａとしては、機関を再始動したときの混合気の燃焼に支障をきたさない最低温度が、また、所定値ＶＢＡＴａとしては、機関運転が可能な範囲の最小値がそれぞれ設定されている。
【００３５】
このように、上記自動停止条件の成立によって制御モードが「モード２」に設定されると、電子制御装置４０は、燃料噴射弁１５によるシリンダ＃１，＃２，＃３，＃４内への燃料噴射を停止させ、機関運転を停止させようとする。その後、内燃機関１０の運転が完全に停止すると、例えば機関回転速度センサ４１による検出信号が機関回転速度が「０」である旨を示している等すると、電子制御装置４０は上記制御モードを自動停止による機関運転の停止を表す「モード３」に変更する。なお、制御モードがこの「モード３」にあるときには、上記電磁クラッチ３２によるクランクシャフト１１と発電電動機３３との連結が解除される。そして、この解除に伴い、発電電動機３３が電動機として駆動され、この出力によりエアコンディショナー（コンプレッサ）等の補機が駆動されることとなる。
【００３６】
他方、制御モードが上記「モード３」に設定されているときに、内燃機関１０を再始動させる条件が成立すると、電子制御装置４０は制御モードを「モード４」に変更する。この再始動条件としては、
・ブレーキペダルの踏み込みが解除されたこと。
【００３７】
・アクセルペダルの操作量が「０」でないこと。
・バッテリ３１の充電量ＶＢＡＴの充電量が所定値未満ＶＢＡＴａに低下したこと。
等が挙げられ、本実施の形態においては、電子制御装置４０がその入力部に接続されている上記各センサ４４，４５，４６の検出信号からこうした条件のいずれかが成立したと判断したときに、同電子制御装置４０が内燃機関１０の再始動条件が成立したと判断するようにしている。
【００３８】
こうして上記制御モードが「モード４」に設定されると、上記常時噛み合い式のスタータ２０が駆動され、これに伴いクランクシャフト１１が回転されて内燃機関１０が再始動される。また、上記電磁クラッチ３２によりクランクシャフト１１と発電電動機３３とが再び接続され、同発電電動機３３は発電機として機能するようになる。その後、スタータ２０による再始動を経て内燃機関１０が自律運転を開始すると、電子制御装置４０は制御モードを「モード１」に設定する。
【００３９】
このように、本実施の形態の電子制御装置４０は、内燃機関１０あるいは車両の運転状態や車両操作に応じて、機関運転を自動停止・再始動させることで、内燃機関１０が消費する燃料量の低減を可能としている。
【００４０】
ところで、上記制御モードが「モード２」に設定されているものの、例えば機関が完全停止に足るだけの時間を置かずに上記再始動条件が成立する等して、機関が完全に停止する前に、すなわち上記「モード３」を経ずに機関を再始動する制御モードである「モード４」に移行する場合がある。このとき、内燃機関１０の回転速度が自律運転に復帰可能な範囲であれば、すなわち「モード０」から「モード１」への移行時のようにスタータ２０の介入によるクランクシャフト１１の回転を経ずとも機関運転が再開可能であれば、機関運転状態に応じて燃料噴射や点火を実行することにより通常の運転に復帰される。そしてこれに伴い、制御モードも「モード１」に変更される。他方、内燃機関１０の回転速度が自律運転に復帰不可能な範囲であれば、すなわち上述のようなスタータ２０の介入による機関始動を行わなければ機関運転を再開できないときには、通常の始動時と同様の機関始動が実行される。しかしながら、上述した通常の始動時、あるいは「モード４」時における機関再始動時には機関運転が完全に停止しているのに対し、「モード２」から「モード４」への移行時には機関運転が停止していない。そのため、こうした制御モードの移行後
の再始動時には、同制御モードへの移行時における機関回転速度に応じて上記吸気管１３に負圧が残存することとなる。換言すれば、機関運転が完全に停止しているときに比較して、機関運転が停止していないときには残存負圧の分だけシリンダ＃１，＃２，＃３，＃４内に吸入される空気量が制限され、その量が少なくなる。しかし、スタータ２０の介入による機関始動の実行時には前述のように、機関冷却水温等に応じて予め設定された始動時燃料噴射量相当の燃料量が燃料噴射弁１５からシリンダ＃１，＃２，＃３，＃４内に噴射されることから、このように機関運転が完全に停止していない状態でのスタータ２０を用いての再始動時には、吸入空気量に対する噴射燃料量が過剰となり、混合気の着火性を悪化させる虞がある。
【００４１】
そこで、本実施の形態の電子制御装置４０においては更に、内燃機関１０の自動停止後の再始動処理を通じて、機関運転が完全に停止していないときのスタータ２０介入による機関の再始動性を改善するようにしている。
【００４２】
以下に、電子制御装置４０にて実行されるこうした再始動処理の詳細を図４、図５を参照して説明する。
図４は、上記電子制御装置４０を通じて実行される内燃機関１０の再始動処理の処理手順を示すフローチャートである。この再始動に係る処理は、上記自動停止条件の成立後、機関運転が完全に停止していない状態で再始動条件が成立することをもって実行される。
【００４３】
同図４に示されるように、この処理ではまず、自動停止条件成立中にこうした状態で内燃機関１０を再始動させる条件が成立したか否かが判断される（ステップＳ４０１）。なお、この再始動条件とは、上述の３つの条件のうちのいずれかが成立したことをもって判断される。そして、再始動条件が成立したと判断された場合には（ステップＳ４０１：ＹＥＳ）、上記機関回転速度センサ４１の出力から算出される回転速度の値に基づき、このときの機関回転速度がアイドル回転速度（６００〜８００ｒｐｍ）よりもやや低めの回転速度である４００ｒｐｍよりも大きいか否かが判断され（ステップＳ４０２）、機関回転数が４００ｒｐｍよりも大きい場合には（ステップＳ４０２：ＹＥＳ）、機関回転速度が自律運転に復帰可能な範囲であると判断し、上記スタータ２０を介入させずに内燃機関１０の再始動を実行する（ステップＳ４０３）。すなわち、アクセルペダルの踏み込み等に応じて通常運転時と同様の態様にて燃料噴射量やその時期、及び点火時期等を算出して機関運転を開始させる。
【００４４】
また、機関回転速度が４００ｒｐｍ以下であると判断された場合には（ステップＳ４０２：ＮＯ）、スタータ２０が駆動されて機関再始動が開始される（ステップＳ４０４）。そして、このスタータ２０駆動時の機関運転状態から始動時燃料噴射量が算出される（ステップＳ４０５）。この始動時燃料噴射量は、予め行われた実験等の結果に基づいて算出されたものであり、機関運転状態、例えば機関冷却水温ＴＷ毎の値がプロットされたマップとして電子制御装置４０のプログラムメモリ（ＲＯＭ）に記憶されている。
【００４５】
その後、電子制御装置４０のデータメモリ（ＲＡＭ）に記憶された最新の予測空気量比率ｋｌｆｗｄが読み出され、上記ステップＳ４０５にて算出された始動時燃料噴射量にこの予測空気量比率ｋｌｆｗｄが乗じられることにより、始動時燃料噴射量の減量補正が実行される（ステップＳ４０６）。なお、上記予測空気量比率ｋｌｆｗｄとは、シリンダ＃１，＃２，＃３，＃４に吸入される空気量の最大値に対する、エアフローメータ４７により計測された空気量がシリンダ＃１，＃２，＃３，＃４に至るまでの一次遅れ系として予測される空気量である予測空気量Ｑａの比として算出されるものである。また、この予測空気量Ｑａとは、エアフローメータ４７を通過した吸入空気が吸気ポートを介してシリンダ＃１，＃２，＃３，＃４に到達するまでに相当する吸気の遅れ時間を実測空気量に反映させたものであり、所定の周期毎に電子制御装置４０により算出され、その算出毎に最新
の値に更新されてデータメモリ（ＲＡＭ）に記憶されるものである。この予測空気量Ｑａは、上記周期演算での前回の値をＱｂ、またエアフローメータ４７によるその都度の計測値をＱｓ、そしてエアフローメータ４７からシリンダ＃１，＃２，＃３，＃４に至る吸気系の一次遅れ定数をτとするとき、
Ｑａ＝Ｑｂ＋（Ｑｓ−Ｑｂ）／τ・・・・・（Ａ）
といった演算式により算出される。
【００４６】
このようにして算出された予測空気量比率ｋｌｆｗｄにより、上記ステップＳ４０５にて算出された始動時燃料噴射量が減量補正されると（ステップＳ４０６）、この減量補正された燃料噴射量に基づいた燃料噴射、及び混合気への点火がそれぞれ所定のタイミングで実行される（ステップＳ４０７）。
【００４７】
こうした再始動処理にあっては、シリンダ＃１，＃２，＃３，＃４に吸入される空気量の最大値に対する予測空気量Ｑａの比として求められた予測空気量比率ｋｌｆｗｄにより始動時燃料噴射量を減量補正するようにしているため、機関再始動時の混合気のオーバーリッチ化を抑制し、再始動時の燃焼を安定に行うことができるようになる。しかも、この予測空気量比率ｋｌｆｗｄの算出に用いられる予測空気量Ｑａを、エアフローメータ４７により計測された空気量がシリンダ＃１，＃２，＃３，＃４に至るまでの一次遅れ系として予測するようにしているため、実測空気量に基づいて上記減量補正を実行する場合よりもその補正に係る精度を向上させることが可能となる。
【００４８】
図５は、図４に示した再始動処理に基づく動作例として、（ａ）走行モードの推移例、（ｂ）スタータの駆動時期、（ｃ）機関回転速度の推移例、（ｄ）予測空気量Ｑａの推移例、（ｅ）予測空気量比率ｋｌｆｗｄに基づく始動時燃料噴射量の減量補正演算の実行時期、及び（ｅ）燃料噴射の実行期間（実線）をそれぞれタイミングチャートとして示したものである。
【００４９】
同図５に示されるように、いまタイミングｔ１にて、車両の走行中に内燃機関１０の自動停止条件が成立したとすると、電子制御装置４０により上記制御モードが「モード１」から「モード２」に変更され、燃料噴射量が「０」に制御される。そしてその後、タイミングｔ２にて機関の再始動条件が成立するまでの期間、機関回転数は停止に向かって徐々に低下する。そして、タイミングｔ２にて上記再始動条件が成立し、このときの機関回転速度が４００ｒｐｍ以下であったとすると、上述のようにスタータ２０が駆動される。また、このタイミングｔ２における再始動条件の成立以降、上記演算式（Ａ）により予測される予測空気量Ｑａから予測空気量比率ｋｌｆｗｄが算出されるとともに、これに基づく始動時燃料噴射量の減量補正演算が実行される。こうしてタイミングｔ２から周期的に算出される燃料噴射量に応じて例えばタイミングｔ３からタイミングｔ４に渡り燃料噴射が実行される。このようなスタータ２０の駆動及び始動時燃料噴射の実行により内燃機関１０が自律運転に至るとスタータ２０の駆動が停止され、タイミングｔ５にて制御モードが「モード４」から「モード１」に変更される。
【００５０】
なお、二点鎖線で参考までに表す図５（ｆ）の燃料噴射の実行期間は、内燃機関の自動停止中で吸気管１３に負圧が残存しているにもかかわらず、始動時燃料噴射量の減量補正を行わずに燃料噴射を実行した場合の燃料噴射時間の一例である。この場合には前述のように、オーバーリッチ状態となって、混合気の着火性が悪化する懸念がある。この点、本実施の形態においては上述のように、機関運転が停止する以前に再始動条件が成立したときに、スタータ２０の介入する再始動を行う場合には、このときの予測空気量Ｑａ、詳細には予測空気量比率ｋｌｆｗｄによって始動時燃料噴射量を減量補正するようにしているため、このような着火性の悪化が生じることはない。
【００５１】
以上説明したように、本実施の形態に係る車載内燃機関の制御装置によれば、以下に列挙する効果が得られるようになる。
（１）自動停止した機関の再始動時にスタータ２０を介入させる場合には、このときにシリンダ＃１，＃２，＃３，＃４に噴射される燃料量としての始動時燃料噴射量を、機関の再始動条件成立時以降の予測空気量Ｑａに応じて減量補正するようにした。これにより、自動停止処理過程中の機関回転に伴い内燃機関１０の吸気管１３内に負圧が残存している等して、再始動時の吸入空気量が機関の完全停止時よりも少ない場合であっても、こうした吸入空気量の減少度合い応じて始動時燃料噴射量が減量補正されることとなる。すなわち、シリンダ＃１，＃２，＃３，＃４に噴射される燃料が過剰となることを抑制することができるようになる。よって、シリンダ＃１，＃２，＃３，＃４内の混合気がオーバーリッチとなることを抑制し、その着火性の悪化を回避可能とする等、機関再始動時の燃焼をより安定して実行することができるようになる。
【００５２】
（２）シリンダ＃１，＃２，＃３，＃４に吸入される空気量の最大値に対する予測空気量Ｑａの比率を、始動時燃料噴射量に乗じて始動時燃料噴射量を減量補正するようにした。これにより、機関再始動時の減量補正された燃料噴射量を容易に算出することができるとともに、機関始動時における吸入空気量の減少度合いを、燃料噴射量の減量度合いに確実に反映させることができる。
【００５３】
（３）予測空気量Ｑａとして、エアフローメータ４７により計測された空気量Ｑｓをシリンダ＃１，＃２，＃３，＃４に至るまでの一次遅れ系として予測した値を用いることとした。これにより、エアフローメータ４７により計測された吸入空気量Ｑｓそのものを始動時燃料噴射量の減量補正に用いるよりも、その補正に係る精度を向上させることが可能である。
【００５４】
（４）一次遅れ系によりシリンダ＃１，＃２，＃３，＃４に吸入される空気量を予測するに際し、エアフローメータ４７によるその都度の計測値Ｑｓと、この空気量予測に係る周期演算での前回値Ｑｂとを用いるようにした。これにより、空気量の予測値である予測空気量Ｑａを容易に求めることが可能でありながらも、この予測空気量Ｑａに上記吸入空気の遅れを確実に反映させることができるようになる。
（５）自律運転に復帰不可能な範囲の上限回転速度を４００ｒｐｍに設定するようにした。これにより、スタータ２０駆動時の機関回転速度が大きく、スタータ２０の介入により再始動中あるいはそれ以降に機関回転速度が過剰に大きくなるといったことを抑制することができるようになる。また、再始動時の機関回転速度が小さいにもかかわらず自律運転を実行しようとして機関回転がストールに至るといったことも抑制可能となる。
【００５５】
なお、上記実施の形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・内燃機関１０の自動停止・再始動条件は上記実施の形態にて例示した条件に限らず、一時的な車両走行の停止であること、あるいはこうした走行停止からの復帰であることが判断できる条件であればよい。
【００５６】
・ワンウェイクラッチ２２等の構成も上記実施の形態で例示したものに限らない。要は、常時噛み合い式のスタータであって、スタータからクランクシャフト１１への回転伝達は可能であるが、その逆の回転伝達はなされないような構成であればよい。
【００５７】
・制御対象となる内燃機関は、そのシリンダ＃１，＃２，＃３，＃４内（気筒内）に直接燃料を噴射する、いわゆる直噴式の内燃機関としたが、これに限らず吸気管１３に燃料噴射弁を備えるポート噴射式の内燃機関でもよい。また、直列４気筒内燃機関に限らず、どのような気筒配列の内燃機関にもこの発明は適用可能である。
【００５８】
・内燃機関の制御装置が搭載される車両は、自動変速機付車両に限らず、例えば、手動変速機付車両、いわゆるＭＴ車であってもよい。この場合、ＡＴ車でのブレーキペダルの踏み込みの有無に代わり、クラッチペダルの踏み込みの有無等を内燃機関の自動停止・再始動の条件とすることができる。
【００５９】
・自律運転に復帰不可能な範囲の上限回転数は、上記４００ｒｐｍでなくともよい。要は、スタータ２０の介入なしでは再始動できない機関回転速度の範囲であって、制御対象となる内燃機関のアイドル回転速度未満の回転速度であればよい。
【００６０】
・予測空気量Ｑａをエアフローメータ４７での実測空気量がシリンダ＃１，＃２，＃３，＃４に至るまでの一次遅れ系として予測するに際して、上記演算式（Ａ）を用いることとした。しかしながら、演算式は上述のものに限らず、要は一次遅れ系によって予測空気量を算出可能なものであればよく、演算式（Ａ）にて用いていないパラメータ等を加えてもよい。
【００６１】
・また、上記一次遅れ系に限らず、制御の対象となる内燃機関毎に例えば回転速度等に応じた吸気系の状態をモデル化し、このようなモデルから上記予測空気量、並びにその比率を求めるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に係る車載内燃機関の制御装置の一実施の形態が適用される自動変速機付の直列４気筒内燃機関の概略構成を示す平面図及びブロック図。
【図２】同内燃機関に採用される常時噛み合い式スタータの概略構成を示す部分断面図。
【図３】本実施の形態に係る車載内燃機関の制御装置により実行されるエコノミーランニングに係るモードの推移態様を示す状態遷移図。
【図４】同実施の形態に係る制御装置の再始動処理についてその処理手順を示すフローチャート。
【図５】上記再始動処理の実行時における、（ａ）走行モードの推移例、（ｂ）スタータの駆動時期、（ｃ）機関回転速度の推移例、（ｄ）予測空気量Ｑａの推移例、（ｅ）予測空気量比率ｋｌｆｗｄに基づく始動時燃料噴射量の減量補正演算の実行時期、及び（ｆ）燃料噴射の実行期間（実線）の一例を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
【００６３】
１０…内燃機関、１１…クランクシャフト、１１ａ…大径部、１１ｂ…フライホイール、１２…スロットルバルブ、１３…吸気管、１４…燃料供給管、１５…燃料噴射弁、１６…排気管、２０…スタータ、２０ａ…出力軸、２０ｂ…ピニオンギヤ、２１…リングギヤ、２２…ワンウェイクラッチ、２３…インナーレース、２４…アウターレース部材、２５…アウターレース、２６…玉軸受、２７…ボルト、３０…自動変速機、３１…バッテリ、３２…電磁クラッチ、３３…発電電動機、３４，３５…プーリ、３６…ベルト、４０…電子制御装置、４１…機関回転速度センサ、４２…車速センサ、４３…冷却水温センサ、４４…バッテリ電流センサ、４５…アクセル開度センサ、４６…ブレーキペダルセンサ、４７…エアフローメータ、＃１，＃２，＃３，＃４…シリンダ。
【図１】
2010112354.tif 000003
【図２】
2010112354.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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