(57)【要約】【課題】始動時のクランキング負荷を低減してクランキング手段の小型化・省エネ化を可能とした内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】機関停止時に、次回始動時の必要クランキングトルクが最小値と最大値との中間値より小さいクランキングトルクとなるクランク角度位置で機関を停止させる停止位置制御を行う。【選択図】　図２
2004036428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関始動時に該機関をクランキングするクランキング手段とクランク角度位置を検出するクランク角度センサを有している内燃機関の制御装置において、
機関停止時に、次回始動時の必要クランキングトルクが最小値と最大値との中間値より小さいクランキングトルクとなるクランク角度位置で機関を停止させる停止位置制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記クランキング手段は電動モータを有し、前記電動モータの回転を減速して機関に伝える減速手段と、前記電動モータのモータ軸の回転位置を検出する回転位置センサと、をさらに備えており、前記回転位置センサの位置情報を基にして前記停止位置制御を行うことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記機関停止時に、燃焼停止後に前記電動モータによりクランク軸を所定クランク角度回転させ、その際の前記回転位置センサと前記クランク角センサのそれぞれの角度情報から相互間の誤差を検出し、得られた誤差を考慮して前記停止位置制御を行う請求項２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
運転条件からクランキング手段停止後のクランク軸の空転分を考慮してクランキング手段の停止時期を制御する請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の制御装置に関し、特に、始動性を向上させるため、停止時のクランク角度位置を制御する内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の停止に際しては、燃料をカットして自然に停止させていたため、停止時におけるクランク角度位置は不定であった。特開平９−２６４２３５号公報に開示されている技術は停止時に特定のクランク角度位置で機関を停止させるものである。この技術は、内燃機関とトランスミッションの間にモータージェネレーターを介在させたパワートレインにおいて、始動後早期に絶対クランク角度が検知できるような特定の絶対クランク角度の範囲内でクランク軸の回転を停止させる。これにより、始動時に従来よりも早期に噴射・点火制御を開始させることができ、排気エミッションや内燃機関の始動性を向上させることができると記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、ハイブリッド車やエコラン車等において、停止中のアイドリング状態等で自動的に機関を停止せしめ、発進時等の必要な場合に自動的に機関を再始動させる技術が用いられている。このように従来より頻繁に停止・始動を繰り返す車両においては、始動用モータの小型化・低電力化が求められる。
【０００４】
本発明者らは、始動初期においてはクランキング開始時のクランク角度位置によって始動用モータに必要とされる必要クランキングトルクが異なることを見出した。従来のように停止位置のクランク角度位置が不定の場合には、始動ごとに必要クランキングトルクが異なるため、必要クランキングトルクの最大値を超える定格を有する始動用モータを必要とし、モータが大型化し、必要な電力も増大してしまう。また、上述の特開平９−２６４２３５号公報に開示されている技術は、早期に絶対クランク角度が検知できる絶対クランク角度の範囲内でクランク軸の回転を停止させるものであって、クランキング手段の負荷は考慮されていないため、停止させたクランキング位置ではクランキングトルクが不必要に大きくなる可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明は始動時のクランキング負荷を低減してクランキング手段の小型化・省エネ化を可能とした内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関始動時に該機関をクランキングするクランキング手段とクランク角度位置を検出するクランク角度センサを有しているを有している内燃機関の制御装置において、機関停止時に、次回始動時の必要クランキングトルクが最小値と最大値との中間値より小さいクランキングトルクとなるクランク角度位置で機関を停止させる停止位置制御を行うことを特徴とする。
【０００７】
必要クランキングトルクが中間値より小さいクランク角度位置で機関を停止させることで、始動時に必要なクランキングトルクを低減することが可能となる。そのため、クランキング手段として必要クランキングトルクの最大値を下回る定格トルクを有するクランキング手段を用いた場合でも確実に始動を行うことができるので、クランキング手段の小型化・省エネ化が実現できる。また、クランキングトルクが小さくなるため、始動性が向上し、初期振動を低減する効果も得られる。
【０００８】
このクランキング手段は電動モータを有し、電動モータの回転を減速して機関に伝える減速手段と、電動モータのモータ軸の角度位置を検出するモータ軸角度位置センサと、をさらに備えており、モータ軸角度位置センサの位置情報を基にして停止位置制御を行うことが好ましい。
【０００９】
このように構成すると、電動モータの回転は減速されて機関、つまりクランク軸に伝えられるため、クランク軸の回転数に対する電動モータの回転数が大きくなる。そのため、電動モータのモータ軸の角度位置を検出することで、クランク角度位置をより精度よく検出することが可能となり、停止時のクランク角度位置をより高精度に制御することができる。
【００１０】
機関停止時に、燃焼停止後に電動モータによりクランク軸を所定クランク角度回転させ、その際のモータ軸角度位置センサとクランク角度センサのそれぞれの角度情報から相互間の誤差を検出し、得られた誤差を考慮して停止位置制御を行うことが好ましい。
【００１１】
電動モータとクランク軸の間には減速手段が配置されている。例えば、減速手段にベルト等を用いた場合に、両者の角度位置がずれる可能性があるが、燃焼停止後に空転させてそのずれを検出することで停止時の位置制御をより精度よく行うことが可能となる。
【００１２】
運転条件からクランキング手段停止後のクランク軸の空転分を考慮してクランキング手段の停止時期を制御することが好ましい。このようにすると、停止位置制御の精度が向上するとともに、完全停止までの時間を短縮することができ、停止制御自体の省エネ化も図れる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１４】
図１は、本発明に係る内燃機関の制御装置を搭載した内燃機関の概略構成図である。エンジン１は、例えば４気筒式のガソリンエンジンであって、そのクランク軸２にはベルト、ギヤ、プーリー等からなる減速手段３を介してモータジェネレータ４が接続されている。モータジェネレータ４は、モータＥＣＵ５を介して電源６に接続される。クランク軸２には、クランク角度位置を検出するためのクランク角度センサ２１が、モータジェネレータ４のモータ軸にはモータ軸の角度位置を検出するモータ角度センサ４１がそれぞれ配置されている。
【００１５】
減速手段３の減速比は例えば２．５に設定されており、モータジェネレータ４の１回転は、クランク軸２の０．４回転に減速される。クランク角度センサ２１の検出精度は１０°ＣＡである。一方、モータ角度センサ４１にはホール素子等を用いることで検出精度はモータ軸において７．５°程度とすることができ、減速比の関係でクランク軸２においては３．０°ＣＡ相当の検出精度を有する。
【００１６】
エンジン１には、吸気温センサ１５、油温センサ１６、冷却水温センサ１７が配置される。エンジン１の制御を行うエンジンＥＣＵ７にはクランク角度センサ２１、吸気温センサ１５、油温センサ１６、冷却水温センサ１７の各出力が入力されるとともに、燃料インジェクタ１１の作動を制御する。モータＥＣＵ５にはモータ角度センサ４１が接続されるほか、エンジンＥＣＵ７と相互に信号を授受する。モータＥＣＵ５とエンジンＥＣＵ７とが本発明に係る内燃機関の制御装置の制御部を構成する。
【００１７】
このエンジン１を搭載した車両においては、短時間停車時等で駆動力を必要としない場合には、自動的にエンジン１を停止させ、発進時にモータジェネレータ４によりクランキングさせてエンジン１を再始動させる制御を行う。このエンジン１の停止の際に、エンジンＥＣＵ７とモータＥＣＵ５が協調してクランク軸２が所定のクランク角度位置（例えば、ＡＴＤＣ９０〜１５０°）で回転を停止するよう制御する。具体的な制御を説明する前に、停止時のクランク角度位置と次回始動時のクランキングに必要なトルクとの関係を説明する。
【００１８】
図２は気筒数の違いにより初期クランク角度位置に対するクランキングに必要なモータトルク（以下、必要クランキングトルクと呼ぶ。）の変位を示すグラフである。初期クランク角度位置が特定の角度（７２０°ＣＡ／気筒数）からずれると、各気筒の行程が途中から開始されることになるため、特に圧縮行程における圧縮仕事量と膨張行程における負圧の影響が変化することでこれに打ち勝つために必要なクランキングトルクが変化する。このクランキングトルクの変位は、前述した特定の角度（７２０°ＣＡ／気筒数）周期で変化する。気筒数が多いほど必要クランキングトルクの変動は少なくなる。
【００１９】
以下、４気筒の場合を例に説明する。図３は４気筒の場合の初期クランク角度位置に対する必要クランキングトルクの変位を示すグラフであり、図４は、初期クランク角度位置が異なる場合の始動時のエンジン回転数変化を示すグラフである。
【００２０】
４気筒の場合には、図２、図３に示されるように、必要クランキングトルクはＡＴＤＣ位置から１８０°周期で変位し、約５０°で最大値、約１２０°で最小値をとる。初期角度がＡＴＤＣ６０°ＣＡの場合と、ＡＴＤＣ１２０°ＣＡの場合に同一のクランキング手段を用いて始動させた場合のエンジン回転数変化は図４に示されるように必要クランキングトルクの小さい１２０°の場合のほうが、５０°の場合よりも速やかにアイドル回転数に達し、その間の回転数変動も小さくて済む。このことから、初期角度、つまり停止時のクランク角度位置は必要クランキングトルクの最小値付近に設定することが好ましいことがわかる。
【００２１】
一方で、設定角度範囲を狭くすると、停止制御に時間がかかり好ましくない。そのため、速やかな機関停止と両立させるためには、停止時の設定クランク角度範囲に幅を持たせる必要がある。必要クランキングトルクが最大値と最小値の中間値以下となる角度範囲で機関を停止させると、角度範囲に十分な幅を持たせるとともに、必要なクランキングトルクを小さくすることができて好ましい。この角度範囲は４気筒の場合には、ＡＴＤＣ８０〜１７５°となるが、角度センサの誤差等を考慮してより好ましくは９０〜１５０°に設定することが好ましい。
【００２２】
この好ましい角度範囲は気筒数の違いによるほか、運転条件によっても変化する。図５は、４気筒エンジンにおいて図３に必要クランキングトルク変化を示したエンジンよりも吸気弁を閉じるクランク角度位置が早いエンジンと遅いエンジンの場合における初期クランク角度に対する必要クランキングトルクの変化を示したグラフである。吸気弁を閉じるクランク角度位置（吸気弁閉じ角度）が早いと、圧縮空気量が増大し、仕事量が増大するため、必要クランキングトルクが増大する。逆に吸気弁閉じ角度が遅くなると圧縮空気量が減少して仕事量が減少するため、必要クランキングトルクは小さくなる。なお、９０°ＣＡ付近で必要クランキングトルクの大小が逆転するのは、もともとの圧縮量が減少するため、吸気弁閉じ角度を遅角化することによるデコンプの影響が小さくなるためである。この結果、吸気弁閉じ角度が早いエンジンでは、必要クランキングトルクの最小値、最大値ともに、初期クランク角度がＡＴＤＣに近い側に移動する。
【００２３】
図６は、４気筒エンジンにおいて図３に必要クランキングトルク変化を示したエンジンよりも吸気弁を開くクランク角度位置が早いエンジンと遅いエンジンの場合における初期クランク角度に対する必要クランキングトルクの変化を示したグラフである。吸気弁開き角度のみが異なる場合、吸気弁閉じ開度が異なる場合と異なり、必要クランキングトルクの最小値、最大値の初期クランク角度に対する変位は小さい。膨張行程で発生する負圧分の負荷が変化することにより、吸気弁開き角度が早くなるほど必要クランキングトルクは全体に小さくなる方向にシフトする。
【００２４】
このように、気筒数が同じ気筒数のエンジンであっても、吸気弁の開閉タイミングが異なる場合には好ましい初期クランク角度が異なってくることがわかる。
【００２５】
また、吸気弁の開閉タイミングを変更可能な可変弁機構（ＶＶＴ）を有するエンジン１の場合には、次回始動時のバルブタイミングに応じて停止時のクランク角度位置を調整することが好ましい。
【００２６】
次に、本発明に係る内燃機関の具体的な停止制御について説明する。ここでは、機関アイドル状態の停車中に自動的にエンジン１を停止させるアイドリングストップを例に説明する。図７はこの停止制御の処理フローである。この制御処理は、特に記載のない限り、モータＥＣＵ５がエンジンＥＣＵ７と協調して行う。
【００２７】
ステップＳ１では、図示していない車速センサやＧセンサ、回転数センサの出力を基に停車状態かつ機関アイドル状態が所定時間経過したかを判定する。判定結果がＮＯの場合にはその後の処理をスキップすることで、そのままエンジン１の駆動を続ける。判定結果がＹＥＳの場合には、ステップＳ２へと移行し、エンジンＥＣＵ７が、エンジン停止を許可し、燃料インジェクタ１１からの燃料噴射を禁止する。これにより、エンジン１への燃料供給が停止する。
【００２８】
続くステップＳ３では、モータジェネレータ４に通電することで、モータジェネレータ４を電動機として駆動させる。これによりアイドル回転数以下でクランク軸２を２回転程度回転させる。ステップＳ４では、この回転時のクランク角度センサ２１、モーター角度センサ４１の誤差を比較して相互のずれを補正する。ステップＳ５では、この回転時のエンジン回転数、油水温、吸気温度、エンジン冷却水温とエンジン固有の慣性力から通電停止後の空転角度を予想する。ステップＳ６では求めた空転角度を考慮して所定のクランク角度位置で停止する通電停止位置を設定する。ステップＳ７では、設定した通電停止位置に達した時点でモータジェネレータ４への通電を停止する。この後、クランク軸２は惰性で空転し、設定したクランク角度位置付近で停止する。
【００２９】
ステップＳ８では、クランク角度センサ２１、モーター角度センサ４１の出力から停止角度位置が設定範囲内であるかを判定する。判定結果がＹＥＳの場合にはステップＳ１０の発進待機状態へと移行する。判定結果がＮＯの場合には、ステップＳ９へと移行して停止位置の修正を行う。この修正はモータジェネレータ４に一時的に通電してモータジェネレータ４を電動機として機能させることで、クランク軸２を駆動させることで行う。このとき、クランク軸２の回転移動量が最も少なくなる方向へモータジェネレータ４を回転させる。所定の角度位置で停止したら、ステップＳ１０の発進待機状態へと移行する。ステップＳ４〜Ｓ６の処理により高い確率で設定範囲内へ停止させることができる。設定範囲から停止位置がずれた場合であってもそのずれを極力抑制することができるため、修正量は少なくて済み、停止までにかかる時間を短縮することができる。
【００３０】
ステップＳ１０では、ブレーキ解除、アクセル操作等の所定の発進操作が行われるまで待機する。発進操作が行われた場合には、ステップＳ１１へと移行してエンジンを始動する。具体的には、まず、モータジェネレータ４に通電してモータジェネレータ４を電動機として駆動させることでクランク軸２を回転させるクランキング動作を行う。そして、燃料インジェクタ１１から燃料を噴射してエンジン１に燃料を供給することで燃焼を開始する。完爆を確認したら、モータジェネレータ４への通電を停止し、必要ならば発電機として機能させることで電源６の充電を行う。停止時に設定したクランク角度範囲でクランク軸を停止させているため、クランキング動作に必要なモータジェネレータ４のトルクが小さくて済み、モータジェネレータ４の小型化が可能となる。そして、消費電力が小さくて済むため、省エネを図れるほか、図４に示されるように回転変動を抑制できるため、初期振動を抑制でき、乗り心地も向上する。そして、始動にかかる時間をほぼ一定にできるため始動フィーリングが向上し、特にアイドリングストップに好適である。
【００３１】
また、モータジェネレータ４本体だけでなく、モータＥＣＵ５の発熱を抑制し、小型化を可能として搭載性を改善することができる。さらに、電源６からモータＥＣＵ５、モータジェネレータ４へ至る配線は従来に比べて大電流を流す必要がないため細くすることができ、重量、コストを低減できる。また、急激な電力放出が避けられるため、電源６の超寿命化が図れる。
【００３２】
以上、説明した実施形態では、アイドリングストップを例に説明したが、イグニッションキーをオフにした場合のエンジン１の停止に際しても同様の制御を行ってもよい。また、ハイブリッド車におけるエンジンの自動停止に際しても適用可能である。あるいは、エンジン１の自動停止機能を有しない車両における停止操作時に上述の制御を行ってもよい。この場合はモータジェネレータ４に代えてセルモータを使用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、機関停止時に次回始動時の必要クランキングトルクが小さくなるクランク角度位置でクランク軸を停止させるため、始動に必要なクランキングトルクを抑えることができ、クランキング手段に必要とされるトルクが小さくて済むため、クランキング手段の小型化、省エネ化が図れる。さらに、始動性が向上し、初期振動を抑制する効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の制御装置を搭載した内燃機関の概略構成図である。
【図２】気筒数の違いにより初期クランク角度位置に対する必要クランキングトルクの変位を示すグラフである。
【図３】４気筒の場合の初期クランク角度位置に対する必要クランキングトルクの変位を示すグラフである。
【図４】４気筒の場合の初期クランク角度位置が異なる場合の始動時のエンジン回転数変化を示すグラフである。
【図５】４気筒エンジンにおいて図３のエンジンよりも吸気弁を閉じるクランク角度位置が早いエンジンと遅いエンジンにおける初期クランク角度に対する必要クランキングトルクの変化を示したグラフである。
【図６】４気筒エンジンにおいて図３のエンジンよりも吸気弁を開くクランク角度位置が早いエンジンと遅いエンジンにおける初期クランク角度に対する必要クランキングトルクの変化を示したグラフである。
【図７】図１の装置における停止制御の処理フローである。
【符号の説明】
１…エンジン、２…クランク軸、３…減速手段、４…モータジェネレータ、５…モータＥＣＵ、６…電源、７…エンジンＥＣＵ、１１…燃料インジェクタ、１５…吸気温センサ、１６…油温センサ、１７…冷却水温センサ、２１…クランク角度センサ、４１…モータ角度センサ。
【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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