(57)【要約】【課題】内燃機関の始動に失敗した場合に、内燃機関の再始動を迅速にできるようにする。【解決手段】本発明は内燃機関の制御装置であって、内燃機関のクランク軸を回転可能に配置されたモータとモータの回転を制御する制御装置とを備える。制御装置は、内燃機関の始動時に自着火の発生を検出した場合には、自着火が発生した気筒の吸気弁が閉弁するまでモータを逆回転させた後、モータを正転方向に回転させて内燃機関を始動させるように構成されている。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のクランク軸を回転可能に配置されたモータと、
前記モータの回転を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記内燃機関の始動時に自着火の発生を検出した場合には、前記自着火が発生した気筒の吸気弁が開弁するまで前記モータを逆回転させた後、前記モータを正転方向に回転させて前記内燃機関を始動させるように構成されてい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制御装置に関する。より具体的には、内燃機関のクランク軸を回転させることができるモータを備える内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、スタータとは別に、内燃機関のクランク軸を回転させるモータジェネレータを備える内燃機関の始動時における制御が開示されている。具体的に、特許文献1の制御では、内燃機関の停止中に圧縮行程にある気筒（以下、「圧縮行程気筒」とも称する）が上死点を超えて膨張行程となるまでモータによってクランク軸を回転させた後、燃料を噴射して点火を開始している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１４７３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の停止時に圧縮行程気筒の燃焼室内にデポジットが存在する場合には、モータジェネレータを正転方向に回転させて内燃機関を始動させたときに、圧縮行程気筒で自着火が発生する虞がある。そして内燃機関の始動時に自着火が発生すると、圧縮行程気筒の筒内圧は急激に上昇し、モータのトルクでは上死点を超えることが困難となることが考えられる。
【０００５】
本発明は、以上の問題を解決することを目的として、内燃機関の始動時に自着火が発生した場合にも、内燃機関の始動を迅速にできるように改良した内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明は内燃機関の制御装置であって、内燃機関のクランク軸を回転可能に配置されたモータとモータの回転を制御する制御装置とを備える。制御装置は、内燃機関の始動時に自着火の発生を検出した場合には、自着火が発生した気筒の吸気弁が開弁するまでモータを逆回転させた後、モータを正転方向に回転させて内燃機関を始動させるように構成されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、内燃機関の始動時に自着火が発生した気筒の吸気弁を開弁することにより、筒内圧を低下させることができる。従って、内燃機関の再始動を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態のシステムの全体構成について説明するための模式図である。
【図２】自着火が発生した気筒におけるクランク角度に応じた回転速度の変化について説明するための図である。
【図３】実施の形態の制御における第１閾値について説明するための図である。
【図４】実施の形態の制御における第１閾値について説明するための図である。
【図５】自着火が発生した気筒におけるクランク角度に応じた回転速度の変化について説明するための図である。
【図６】自着火が発生した気筒におけるクランク角度に応じた回転速度の変化について説明するための図である。
【図７】実施の形態の制御のうち、自着火が発生により始動に失敗した場合に実行される制御について説明するための図である。
【図８】実施の形態の制御のうち、自着火が発生せずに始動に失敗した場合に実行される制御について説明するための図である。
【図９】実施の形態の制御のうち、自着火が発生により始動に失敗した場合に実行される制御について説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】実施の形態の制御のうち、自着火が発生せずに始動に失敗した場合に実行される制御について説明するためのタイミングチャートである。
【図１１】実施の形態における内燃機関始動時の制御ルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【図１２】実施の形態における自着火の発生の有無を判定する制御ルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【図１３】実施の形態における自着火の発生の有無を判定する他の手法について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１０】
＜システムの全体構成＞
図１に、実施の形態のシステムの全体構成例を示す。図１のシステムは内燃機関（以下、「エンジン」とも称する）１０を有している。エンジン１０は、一例として、火花点火式エンジンであり、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。図示を省略するが、エンジン１０の出力はクランク軸１２から、自動変速機等を介して出力軸に伝達される。
【００１１】
また、図１のシステムはモータジェネレータ（以下「ＭＧ」とも称する）２０を備えている。ＭＧ２０は、プーリ２２、ベルト２４等を介して、クランク軸１２を正転又は逆転方向に回転可能に接続されている。
【００１２】
ＭＧ２０には、４８Ｖのリチウムイオン電池３０と、１２Ｖの鉛畜電池３２とが接続されている。鉛畜電池３２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４を介してリチウムイオン電池３０と電気的に接続されている。ＭＧ２０には、電池３０及び３２から電力が供給される。ＭＧ２０は、クランク軸１２を回転駆動する電動機としての機能と、クランク軸１２の回転力を電力に変換する発電機としての機能とを併せ持っている。但し、本発明においてモータは、ＭＧ２０に限られず、クランク軸１２を回転駆動させることができるスタータモータとは異なるモータであればよい。
【００１３】
さらに図１のシステムは、制御装置として電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」とも称する）４０を備えている。ＥＣＵ４０は、少なくとも入出力インターフェースとメモリと演算処理装置（以下、「ＣＰＵ」とも称する）とを備え、エンジン１０のシステム全体の制御を行うものである。ＥＣＵ４０には、クランク角度を検出するためのクランク角センサ４２等のエンジン運転状態を取得するための各種センサが電気的に接続されている。また、ＥＣＵ４０には、ＭＧ２０及びエンジン１０の運転を制御するための各種アクチュエータが電気的に接続されている。メモリには、エンジン１０を制御するための各種の制御プログラムおよびマップが記憶されている。ＣＰＵは、制御プログラムをメモリから読み出して実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて各種アクチュエータの操作信号を生成する。
【００１４】
＜自着火の検出＞
ＥＣＵ４０はＭＧ２０による始動に失敗した場合に、自着火の発生の有無を検出し、エンジン１０の始動の失敗が自着火によるものであるか否かを判別する。なお、ＭＧ２０によるエンジン１０の始動では、まずＭＧ２０を正転方向に駆動させる。その後、少なくともエンジン１０停止時に圧縮行程にあった気筒のピストンが上死点を超えた後で、エンジン１０の着火始動を開始する。自着火によってエンジン１０を停止又は逆転させる可能性がある気筒は、エンジン１０の停止時に圧縮行程にあった気筒あるいはエンジン１０の回転速度が所定回転速度よりも小さいときに圧縮行程を迎える気筒（より具体的には、エンジン１０の停止時に吸気行程にあった気筒）である。以下の説明において、単に「クランク角度」又は「停止位置」と言う場合、エンジン１０の始動時に自着火が発生した気筒または自着火が発生した可能性がある気筒のクランク角度又は停止位置を示すものとする。
【００１５】
自着火の検出方法について、以下具体的に説明する。図２、図５及び図６にＭＧ２０による始動が失敗した場合のクランク角度に応じたエンジン１０の回転速度の変化の例を示す。図２、図５、図６において、横軸はクランク角度［ATDC］、縦軸はエンジン１０の回転速度Ｎｅ［rpm］を表し、実線Ａは自着火が発生した場合の回転速度の変化の例、破線Ｂはその比較例として自着火の発生に因らずエンジン１０の始動に失敗した場合の回転速度の変化の例を表している。
【００１６】
ＥＣＵ４０はエンジン１０の始動に失敗した場合に、（１）正転で停止したときには停止したクランク角度、（２）逆転した時には、逆転を開始したときのクランク角度、又は逆転中の現在のクランク角度、に基づいて自着火を判定する。
【００１７】
図２は、クランク軸１２が逆転せず、正転のまま停止した場合の回転速度の変化を表している。自着火によりエンジン１０が停止する場合、図２のＡに示されるように、自着火の発生と同時に回転速度が急激に低下する。従って、図２のＢに示される自着火が発生していない停止の場合に比べて、より小さなクランク角度で回転速度がゼロとなりエンジンが停止している。
【００１８】
従って、エンジン１０の始動が失敗した場合において、クランク軸１２が逆転せずにエンジン１０が停止した場合、その停止が自着火の発生によるものであるか否かは、停止位置のクランク角度が、所定の第１閾値より小さいか否かによって判別することができる。即ち、ＥＣＵ４０は、停止位置のクランク角度が第１閾値より小さい場合に、自着火ありと判定する。
【００１９】
図３及び図４により、第１閾値の設定方法を説明する。図３は圧縮行程にある気筒がＴＤＣを一度も乗り越えずに停止又は逆回転した場合の、ＭＧ２０による始動開始時のピストン位置（以下、「始動開始位置」とも称する）と、第１閾値との関係を示している。図３に示されるように、第１閾値、即ち、自着火が発生している場合としていない場合の停止位置の境界は、始動開始位置によって異なっている。
【００２０】
開始位置がＩＶＣ（即ち、エンジン１０正転時の吸気弁閉弁位置）より手前である場合の方が、勢いがついて回転しやすい。従って、図３に示されるように、自着火ありの場合と自着火なしの場合の停止位置の境界である第１閾値は大きくなる。また圧縮ＴＤＣに近い側で始動開始した場合、空気量が少なく回転しやすい。従ってこの場合にも、第１閾値は大きくなる。一方、開始位置がＩＶＣ付近の場合、第１閾値は比較的小さな値となる。
【００２１】
図４は圧縮ＴＤＣを乗り越えてから停止又は逆転した場合の、回転速度Ｎｅと第１閾値との関係を示している。圧縮ＴＤＣを超えてエンジン１０が停止した場合、自着火ありの場合となしの場合の境界である第１閾値は、圧縮ＴＤＣでの回転速度に対して比例的に変化するように設定される。圧縮ＴＤＣでの回転速度が大きいほうがエネルギが大きく、圧縮反力に打ち勝ちやすいためである。即ち、圧縮ＴＤＣでの回転速度が大きいほうが第１閾値は大きくなる。
【００２２】
以上の関係に基づいて、ＥＣＵ４０は、ＭＧ２０の始動開始時のピストンの位置や、圧縮ＴＤＣでの回転速度から、第１閾値を設定する。始動開始位置及び圧縮ＴＤＣにおける回転速度と第１閾値との具体的な関係は予め適合等により求められて、ＥＣＵ４０に記憶しておくものとする。
【００２３】
図５は、エンジン１０の始動失敗時に、クランク軸１２が逆転した場合の回転速度の変化を示している。図５の実線Ａに示されるように、自着火が発生した場合、自着火が発生していない破線Ｂの場合に比べて急激に回転速度が低下する。このため自着火が発生した場合、より小さなクランク角度で逆回転を開始し、より小さな角度で逆回転を停止する。
【００２４】
従ってＭＧ２０による始動失敗時に逆回転を開始した場合、始動の失敗が自着火の発生によるものであるか否かは、逆回転開始時（即ち回転速度ゼロ時）のクランク角度が、所定の第２閾値より小さいか否かによって判別することができる。つまり、ＥＣＵ４０は、逆転開始位置のクランク角度が第２閾値より小さい場合に、自着火ありと判定する。
【００２５】
なお第２閾値も、始動開始位置や所定角度（例えば圧縮ＴＤＣ）における回転速度から算出するようにする。即ちＥＣＵ４０は、ＭＧ２０の始動開始時のピストンの位置や、所定角度での回転速度から、自着火なしの逆転開始クランク角度を予測して、その角度を第２閾値に設定する。始動開始位置及び所定角度における回転速度と、第２閾値との具体的な関係は予め適合等により求められて、ＥＣＵ４０に記憶しておくものとする。
【００２６】
しかしながら、図６に示されるように、比較的遅い圧縮ＴＤＣに近いタイミングで自着火が発生すると、自着火が発生していても逆回転の開始位置は第２閾値を超えることがある。従って、逆回転の開始位置だけでは自着火の発生の有無を判別することができない。しかし自着火が発生している場合には、その爆発によって逆回転側へ押し戻される回転角度も大きくなる。
【００２７】
従って、逆回転開始位置が第２閾値を超えた場合であっても、始動の失敗が自着火の発生によるものであるか否かは、現在のクランク角度が第３閾値より小さくなっているか否かによって判別することができる。つまり、ＥＣＵ４０は、現在のクランク角度が第３閾値より小さい場合に、自着火ありと判定する。
【００２８】
なお、第３閾値も、始動開始位置や所定角度における回転速度から算出するようにする。つまり、ＭＧ２０の始動開始時のピストンの位置や、所定角度での回転速度から、自着火なしの場合はどこまで逆転するかを予測し、その予測角度を第３閾値に設定する。始動開始位置及び所定角度における回転速度と、第３閾値との具体的な関係は予め適合等により求められて、ＥＣＵ４０に記憶しておくものとする。
【００２９】
＜エンジンの始動失敗時の制御＞
以上を利用して、ＥＣＵ４０は、ＭＧ２０による始動失敗時の自着火の発生の有無を検出した後、その結果に応じて、エンジン１０の始動失敗時の以下の制御処理を行う。具体的にはＥＣＵ４０は、自着火の発生よる始動失敗と判定した場合、ＭＧ２０を逆転させる。ＭＧ２０による逆転は、図７に示されるように自着火が発生した気筒が吸気バルブが開弁するまで、即ち、ＩＶＣを越えるまで行う。これにより圧縮行程にある気筒の圧力を大気圧まで低減させることができ、次回の始動を確実にすることができる。一方、自着火なしと判定した場合にも、ＭＧ２０を逆転させる。この場合、図８に示されるように、圧縮行程にある気筒のＩＶＣの手前までの逆転とする。
【００３０】
図９に自着火の発生により始動に失敗した場合、図１０に自着火の発生に因らず始動に失敗した場合のタイミングチャートをそれぞれ示す。図９及び図１０のそれぞれにおいて、上側のグラフは回転速度の変化を表し、下側のグラフはＭＧ２０のトルクを表す。図９に示されるように自着火ありと判定された場合には、ＭＧ２０により大きく逆回転がかけられ、ＩＶＣを超える目標角度まで逆転された後、再び、回転速度が上昇を開始して、エンジン１０が始動される。一方、図１０に示されるように自着火がなく逆転した場合、エンジン１０の停止後に自着火なしとの判定がされた後、ＭＧ２０によってＩＶＣ手前の目標角度になる程度の比較的小さな逆回転がかけられる。その後、エンジン１０が再始動される。
【００３１】
＜制御ルーチン＞
図１１及び図１２のフローチャートによりＥＣＵ４０が実行する制御ルーチンを説明する。図１１のルーチンでは、簡略化のためエンジン１０を「ＥＮＧ」と表示している。図１１のルーチンは、所定の制御期間ごとに繰り返し実行される。まず、ステップＳ１０２においてエンジン１０が停止しているか判別され、エンジン１０が停止と判別された場合、次に、Ｓ１０４でエンジン１０の始動要求が検出されたか否かが判別される。ステップＳ１０２又はステップＳ１０４がＮＯの場合、今回の処理は一旦終了する。
【００３２】
ステップＳ１０４がＹＥＳの場合、即ち、エンジン１０の始動要求が検出されると、次に、ステップＳ１０６においてＭＧ２０が始動される。ここではＭＧ２０は正転方向に回転駆動される。
【００３３】
次にステップＳ１０８において、エンジン１０がロックしたか否か、即ち、エンジン１０の始動に失敗したか否かが判別される。ステップＳ１０８がＮＯである場合、即ちエンジン１０がロックしていないと判別された場合には今回の処理は一旦終了する。
【００３４】
ステップＳ１０８がＹＥＳである場合、即ち、エンジン１０の始動に失敗したと判別された場合、次に、圧縮行程の気筒で自着火が発生したか否かが判別される。自着火の発生の有無は、図１２のルーチンにより別途判定される。
【００３５】
図１２のルーチンは、所定の制御期間ごとに繰り返し実行される。図１２のルーチンでは、まずステップＳ２０２において、ＭＧ２０が始動中であるかが判別される。ステップＳ２０２がＮＯ判定である場合、ステップＳ２２４において、逆転履歴がＯＦＦとされ、今回の処理は一旦終了する。
【００３６】
一方、ステップＳ２０２がＹＥＳであり、ＭＧ２０が始動中と判別された場合には、ステップＳ２０４において、クランク軸１２が逆転したか否かが判別される。ステップＳ２０４がＹＥＳ、即ち、逆転したと判定された場合、ステップＳ２０６において逆転履歴がＯＮとされる。
【００３７】
ステップＳ２０４がＮＯの場合、又は、ステップＳ２０６において逆転履歴がＯＮとされた後、ステップＳ２０８において、逆転履歴がＯＮであるか否かが判別される。逆転履歴は、上述の処理により逆転が確認された場合にＯＮとされる履歴である。
【００３８】
ステップＳ２０８がＮＯ、即ち、逆転履歴がＯＮでないと判別された場合、次に、ステップＳ２１０において、エンジン１０が完全停止したか否かが判別される。ステップＳ２１０がＮＯ、即ち、エンジン１０が完全に停止していない場合には、今回は自着火の発生の有無の判定が行われず、一旦終了する。
【００３９】
ステップＳ２１０がＹＥＳ、即ち、エンジン１０が完全停止と判別された場合、次に、ステップＳ２１２において、圧縮行程にある気筒の停止位置のクランク角度が第１閾値より小さいか否かが判別される。第１閾値は、上述したように、ＴＤＣを超えずに停止した場合には始動開始位置、ＴＤＣを超えて停止した場合には回転速度に応じて算出される。
【００４０】
ステップＳ２１２がＹＥＳ、即ち、停止位置が第１閾値より小さいと判別された場合には、ステップＳ２３０において自着火ありと判定される。一方、ステップＳ２１２がＮＯ、即ち、停止位置が第１閾値以上と判別された場合、ステップＳ２３４において自着火なしと判定される。
【００４１】
一方、ステップＳ２０８がＹＥＳ、即ち、逆転履歴がＯＮであると判別された場合、次に、ステップＳ２１６において、逆転開始位置が第２閾値より小さいか否かが判別される。第２閾値は、上述したように、ＴＤＣを超えずに逆転した場合には始動開始位置、ＴＤＣを超えて逆転した場合には回転速度に応じて算出される。
【００４２】
ステップＳ２１６がＹＥＳ、即ち、逆転開始位置が第２閾値より小さいと判別された場合には、ステップＳ２３０において自着火ありと判定される。
【００４３】
一方、ステップＳ２１６がＮＯ、即ち、逆転開始位置が第２閾値以上と判別された場合、次に、ステップＳ２１８において、現在のクランク角度が第３閾値より小さいか否かが判別される。第３閾値は、上述したように、ＴＤＣを超えずに逆転した場合には始動開始位置、ＴＤＣを超えて逆転した場合には回転速度に応じて算出される。
【００４４】
ステップＳ２１８がＹＥＳ、即ち、現在のクランク角度が第３閾値より小さい場合には、ステップＳ２３０において自着火ありと判定される。
【００４５】
一方、ステップＳ２１８がＮＯ、即ち、現在のクランク角度が第３閾値以上と判別された場合、次に、ステップＳ２２０において、逆転後、所定時間が経過したか否かが判別される。
【００４６】
ステップＳ２２０がＹＥＳ、即ち、所定時間が経過したと判別された場合には、所定時間が経過してもクランク角度が第３閾値まで到達しないということであり、この場合にはステップＳ２３２において、自着火なしと判定される。一方、ステップＳ２２０がＮＯ、即ち、所定時間が経過していないと判別された場合には、今回の処理は一旦終了する。
【００４７】
ステップＳ２３０又はＳ２３２の判定の後は、ステップＳ２３４において逆転履歴がＯＦＦとされた後、今回の処理が一旦終了する。
【００４８】
再び、図１１に戻り、上記のルーチンによる自着火判定に従って、ステップＳ１１０がＹＥＳ、即ち、自着火がありと判別された場合には、ステップＳ１１２において、圧縮行程の吸気バルブが開くまでＭＧ２０による逆転が実行され、今回の処理は終了する。
【００４９】
一方、ステップＳ１１０がＮＯ、即ち、自着火が発生していないと判別された場合には、ステップＳ１１４において、圧縮行程の吸気バルブが開く手前までＭＧ２０による逆転が実行される。その後、今回の処理は終了する。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態の処理によれば、エンジン１０の始動に失敗した場合に、それが自着火の発生によるものであるか否かを判定することができ、それが自着火によるものである場合には、ＭＧ２０による逆転が実行される。これにより筒内圧を低下させて再始動を実行することができるため、再始動を確実に行うことができる。
【００５１】
＜その他の自着火の検出方法＞
本実施の形態では、ピストン停止位置又は逆転開始位置により自着火の発生の有無を検出する場合について説明した。しかし、自着火の検出方法はこれに限られない。図１３にエンジン１０の始動に失敗した場合の回転速度の変化を示す。図１３において、実線Ａは自着火が発生した場合であり、破線Ｂは自着火が発生しない場合である。図１３の実線Ａに示されるように自着火が発生した場合、その後の回転速度は、破線Ｂの自着火が発生していない場合に比べて急激に低下する。従って、自着火が発生していない場合に予測される回転速度（破線Ｂ）から、所定以上小さくなった場合に、自着火ありと判定することができる。なお、経年劣化等でフリクションが予想より軽くなり予想される回転速度からずれる場合、破線Ｃに示されるように、自着火ありのときとは反対方向にずれる。従って、この場合には、自着火でないと判定される。
【００５２】
また、筒内圧センサ（例えば、ＣＰＳ）を搭載している場合、筒内圧を検出し、検出された筒内圧が所定の閾値以上の場合に自着火が発生したと判定してもよい。また、ＩＶＣまで逆転した時の筒内圧の予測値を算出し、その値が大気圧より大きければ自着火あり、小さければ自着火なしと判定してもよい。
【００５３】
なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【符号の説明】
【００５４】
１０  エンジン
１２  クランク軸
２２  プーリ
２４  ベルト
３０  リチウムイオン電池
３２  鉛畜電池
３４  ＤＣ−ＤＣコンバータ
４０  ＥＣＵ
４２  クランク角センサ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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