(57)【要約】      （修正有）【課題】クランキング時間の長期化を有効に回避することができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】本発明の内燃機関の制御装置であるＥＣＵ０は、始動時にバッテリ電圧値がクランキングを正常に行い得る所定値ｖ２を下回るか否かを判定し、前記バッテリ電圧値が所定値ｖ２を下回っているときは、当該所定値ｖ２でそれぞれクランキングを行う場合に得られるトルク及びこの所定値ｖ２を下回ったバッテリ電圧値でクランキングを行う場合に得られるトルクの差から不足するトルクを算出し、この不足するトルクを補い得るように燃焼によるトルクを増大させる燃焼制御パラメータの補正として、点火時期の進角補正を行い、しかる後にクランキングを開始する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
始動時にバッテリ電圧値がクランキングを正常に行い得る所定値を下回るか否かを判定し、前記バッテリ電圧値が所定値を下回っているときは、当該所定値でそれぞれクランキングを行う場合に得られるトルク及びこの所定値を下回ったバッテリ電圧値でクランキングを行う場合に得られるトルクの差から不足するトルクを算出し、この不足するトルクを補い得るように燃焼によるトルクを増大させる燃焼制御パラメータの補正を行い、しかる後にクランキングを開始することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の始動を安定して行うための制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の始動を例えば冷間始動時にも安定して行おうとする技術が種々提案されている(例えば、特許文献１参照)。
【０００３】
当該特許文献１に記載しているようなものでは、バッテリ電圧が低下するような冷間始動時でも安定して始動できるよう、内燃機関始動時のスタータ通電時間すなわちクランキング時間を計測し、このクランキング時間が所定の時間を超えた場合にはバッテリ電圧の低下によるトルク不足と判断し、斯かるトルク不足を解消すべく、トルクを増大させる燃焼制御パラメータの補正としての点火時期の進角補正を行うものである。
【０００４】
しかしながら上記特許文献１のようなものであると、バッテリ電圧が低下した場合でも始動自体は安定して行い得るが、上記の進角補正は常にクランキング時間が所定の時間を超えた後に行われる。つまり、進角補正を行わない通常時にはクランキング時間が所定時間を超えていないことを鑑みればバッテリ電圧の低下時には明らかにクランキング時間が長くなっている。このようなクランキング時間の長期化は、通常時のクランキング時間に慣れているドライバに違和感を与えてしまう。特に近時では、信号待ちその他の一時停車時に内燃機関のアイドル回転を自動的に停止させるアイドリングストップシステムを実装することが普遍化しつつある。そうなると、通常運転時に頻繁に行われる前記アイドリングストップからの再始動の際には、ドライバに対し前記再始動毎に上述した違和感を頻繁に与えてしまうこととなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭６３−２８２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような不具合に着目したものであり、クランキング時間の長期化を有効に回避することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【０００８】
すなわち本発明に係る内燃機関の制御装置は、始動時にバッテリ電圧値がクランキングを正常に行い得る所定値を下回るか否かを判定し、前記バッテリ電圧値が所定値を下回っているときは、当該所定値でそれぞれクランキングを行う場合に得られるトルク及びこの所定値を下回ったバッテリ電圧値でクランキングを行う場合に得られるトルクの差から不足するトルクを算出し、この不足するトルクを補い得るように燃焼によるトルクを増大させる燃焼制御パラメータの補正を行い、しかる後にクランキングを開始することを特徴とする。
【０００９】
ここで、バッテリ電圧の「所定値」とは、予め定められた不変の値に限られることはなく、例えば機関温度やその他の要件により可変となる値であってもよい。
【００１０】
このようなものであれば、クランキング開始時には既に燃料制御パラメータの補正により燃焼によるトルクが増大されることでクランキングに用いるセルモータのトルクと燃焼によるトルクとの計を所定値よりも大きく設定することができる。これにより、バッテリの劣化や低温時によるバッテリ電圧値の低下があってもクランキング時間を不要に長引かせることを有効に回避し、ドライバに違和感を覚えさせない快適な始動を実現することが可能となる。
【００１１】
また、燃焼制御パラメータとは、始動時に内燃機関の出力を増大させ得るパラメータを指す。具体的には、点火時期を進角とすることや、燃料噴射量を増量することをまず挙げることができるが、燃料の消費を抑えつつ上記効果を担保するためには、燃焼制御パラメータの補正として点火時期を進角させる補正を適用することがより望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、クランキング時間の長期化を有効に回避することができる内燃機関の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関の全体構成を示す図。
【図２】同実施形態に係る内燃機関の点火時期とトルクとの相関を示すグラフ。
【図３】同バッテリ電圧と点火時期との相関を示すグラフ。
【図４】同バッテリ電圧とクランキング回転数との相関を示すグラフ。
【図５】同バッテリ電圧とクランキング時間との相関を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
本実施形態における内燃機関は、火花点火式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の吸気ポート近傍には、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
本実施形態の制御装置たる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。
【００１９】
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エンジン回転センサから出力されるクランク角信号（Ｎ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、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、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、機関の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、バッテリの電圧を検出する図示しない電圧計から出力されるバッテリ電圧信号ｇ、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信号）ｈ等が入力される。
【００２０】
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等を出力する。
【００２１】
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、といった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。しかして、ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋを出力インタフェースを介して印加する。
【００２２】
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、スタータモータ（セルモータ、図示せず）に制御信号ｏを入力し、スタータモータのピニオンギアをドライブプレート外周のリングギアに噛合させて機関を回転させるクランキングを行う。クランキングは、初爆から連爆へと至り、エンジン回転数が冷却水温等に応じて定まる閾値を超えたときに（完爆したものと見なして）終了する。
【００２３】
本実施形態のＥＣＵ０は、このような構成において自動停止始動装置として機能することにより、いわゆるアイドリングストップを行ない得る。アイドリングストップを実施するにあたって、ＥＣＵ０には、アイドリングストッププログラムが格納してあり、そのアイドリングストッププログラムにおいてアイドリングストップ条件と再始動条件とが設定してある。アイドリングストップ条件は、少なくとも、バッテリの充電量が所定充電量以上であること、外気温が所定温度以上であること、エンジン温度が所定温度以上であること、前回のアイドルストップ以降に車速が所定速度以上で走行した履歴があること、前回エンジンを始動してから所定始動後時間が経過していること、車両が停止してから所定停止時間が経過していること、アイドル運転状態で所定アイドル時間経過していること、ブレーキペダルが踏まれていることである。アイドリングストップは、これらのアイドリングストップ条件が全て成立した場合に実施される。
【００２４】
これに対して、再始動条件は、少なくとも、ブレーキペダルの操作（例えば踏み込み）をやめること、アクセルペダルが操作される（例えば踏み込まれる）こと、アイドリングストップの開始から所定再始動時間が経過したことなどである。そして、再始動は、再始動条件の少なくとも一つが成立する場合に実施される。なお、以上に説明したアイドリングストップ条件及び再始動条件は、列記した事項に限定されるものではなく、この分野で知られているものを採用するものであってよい。
【００２５】
本実施形態のＥＣＵ０は、始動時にバッテリ電圧値がクランキングを正常に行い得る所定値ｖ２を下回るか否かを判定し、前記バッテリ電圧値が所定値ｖ２を下回っているときは、当該所定値ｖ２でそれぞれクランキングを行う場合に得られるトルク及びこの所定値ｖ２を下回ったバッテリ電圧値でクランキングを行う場合に得られるトルクの差から不足するトルクを算出し、この不足するトルクを補い得るように燃焼によるトルクを増大させる燃焼制御パラメータの補正として、点火時期の進角補正を行い、しかる後にクランキングを開始するようにしている。
【００２６】
図２は、点火時期の進角量と燃焼によるトルクとの相関を示したグラフである。点火時期は、進角量が増す毎に逓増してゆき、さらに進角させると最適点火時期とも称されるトルク最大点火時期ＭＢＴを境に逓減してゆくという挙動をとる。通常自動車の出荷時をはじめとして始動時に基準とされている始動時設定点火時期Ｄは最大値よりも図示左側すなわち一定量遅角側に設定されており、そのトルク量はトルク最大点火時期ＭＢＴよりも小さい値となっている。このトルク最大点火時期ＭＢＴ及び始動時設定点火時期Ｄの差はリザーブトルクΔｔと称され、このリザーブトルクΔｔ以下の範囲でトルクを増大させることができる。すなわち本実施形態では、このリザーブトルクΔｔを有効に活用すべく、同図に矢印で示すように、点火時期を始動時設定点火時期Ｄからトルク最大点火時期ＭＢＴよりも遅角側の値まで進角補正を行うものである。
【００２７】
上記の進角補正について具体的に説明する。本実施形態において不足するトルクは、当該所定値ｖ２でそれぞれクランキングを行う場合に得られるトルク及びこの所定値ｖ２を下回ったバッテリ電圧値でクランキングを行う場合に得られるトルクの差から算出される。しかし、正常な始動を開始し得るバッテリ電圧の所定値ｖ２は常に一定とは限られない。つまり同じバッテリ電圧値であっても外気温が低い環境での冷間始動時のように、機関温度が低い場合は図示しないウオータポンプ負荷、オイルポンプ負荷が増大するためにクランキングに要するトルクは機関温度が十分に高い場合よりも大きくなる。そこで本実施形態では、例えば少なくとも冷間始動時においては、種々の機関温度とバッテリ電圧を示した場合に不足するトルクの値を予め計算しマップに記憶させておき、バッテリ電圧信号ｇ及び冷却水温信号ｆが得られた時点で前記マップから不足するトルクの値を読み出し、或いは当該不足するトルクの値に相当する始動時設定点火時期Ｄよりも進角された点火時期を読み出し、点火時期の進角補正を行うようにしている。なお実施形態では機関温度を知る指標として冷却水温信号ｆを適用しているが、当該冷却水温信号ｆの他にも機関温度を知る指標としては、潤滑油温度、吸入空気温度、エンジンの表面温度等を適用してもよい。
【００２８】
また一方、アイドリングストップからの再始動時には機関温度は十分に上昇しているとみなし、バッテリ電圧値のみを基に点火時期の進角量を決定しても良い。
【００２９】
図３は、本実施形態に係るバッテリ電圧と点火時期の進角量との相関を示している。バッテリ電圧値は使用による劣化や経時劣化により初期電圧値ｖ１から徐々に低下していく、本実施形態では、バッテリ電圧値が上述の通り機関温度等をも勘案されて適宜定められる所定値ｖ２よりも下回った場合に進角補正を行う様にし、バッテリ電圧値が低い程、トルク最大点火位置ＭＢＴよりも小さい範囲で、進角量を大きくするように補正している。また斯かる点火時期の進角補正は、始動における最初の点火時から行う。なお同図においても上述したとおり機関温度が低い程、予定値ｖ２は図示左側に移動し得ることは言うまでもない。
【００３０】
図４は、図３の如く設定した点火時期の進角補正により実現されるクランキング回転数とバッテリ電圧との相関について示したものである。同図の様にクランキング回転数の値はバッテリ電圧値に概略比例する挙動をしめす。これによりバッテリ電圧は通常、進角補正を行わない場合クランキング回転数は所定値ｖ２以下のときには破線で示すように、正常な始動を行う為に必要な必要回転数Ｐよりも低い値を取る。そこで本実施形態では所定値ｖ２を下回ったときに進角補正を行う。そこで本実施形態では、バッテリ電圧値が小さい程燃焼によるトルクを増大させるべく進角量を増大させる。これにより同図に実線で示す様に、燃焼によるトルクの増大がクランキング回転数を押し上げることにより、クランキング回転数を必要回転数Ｐまで引き上げることができる。
【００３１】
図５は、図４の如く点火時期を進角補正した状態で始動した場合のクランキング時間とバッテリ電圧との相関を示している。同図に示す様に、バッテリ電圧値が所定値ｖ２よりも低い場合であっても、破線で示す進角補正を行わないときに比べてクランキング時間は明らかに短縮され、所定値ｖ２よりもバッテリ電圧値が大きいときのクランキング時間により近接したものとなっている。これによりドライバはバッテリ電圧値が所定値ｖ２以上である場合と所定値ｖ２を下回ったときとでクランキング時間の長さの差を感じ難くなり、クランキング時間の差に起因する違和感を覚えてしまうことが無く、快適なドライビングに資する。
【００３２】
以上のように、本実施形態によれば、クランキング開始時には既に点火時期の進角補正により燃焼によるトルクが増大されることでクランキングに用いるセルモータのトルクと燃焼によるトルクとの計を所定値ｖ２よりも大きく設定することができる。これにより、バッテリの劣化や低温時によるバッテリ電圧値の低下があってもクランキング時間を不要に長引かせることを有効に回避し、ドライバに違和感を覚えさせない快適な始動を実現している。
【００３３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、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。
【００３４】
例えば、上記実施形態では点火時期の進角補正によってクランキング回転数を維持する態様を開示したが、勿論、燃料噴射量の増量補正によっても燃焼による増量トルクを増大させることができる。それ故、例えば上記実施形態のような点火時期の進角補正のみでは十分にトルクを増大し得ない場合には、併せて燃料噴射量の増量補正をも行うようにしたものであってもよい。この場合、上記実施形態のように冷却水温及びバッテリ電圧値に基づいたマップを用いる場合、冷却水温及びバッテリ電圧値共に著しく低い値を示す領域にて、燃料噴射量の増量補正を併用するようにすればよい。また勿論、燃料噴射量の増量補正を行う場合は、最初の燃焼噴射時から行う。
【００３５】
またバッテリ電圧値並びに冷却水温の値を得る具体的なタイミングやバッテリ電圧値の所定値を決定する具体的な態様は上記実施形態のものに限定されることはなく、既存のものを含め、種々の態様のものを適用することができる。
【００３６】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、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。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は内燃機関の始動を安定して行うための制御装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
０…内燃機関の制御装置（ＥＣＵ）
ｖ２…所定値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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