(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のアイドル条件が満足されたとき自動的に機関を停止し、所定の再始動条件が満足されたとき自動的に機関を再始動させるアイドルストップ機能を備えた内燃機関の制御装置であって、
機関が吸入する空気量を制御する吸入空気量制御手段と、
アイドルストップ中に吸気マニホルド内の状態を推定するマニホルド内状態推定手段と、
機関再始動時の要求空気量を演算する要求空気量演算手段と、
前記マニホルド内状態及び前記要求空気量に応じて前記吸入空気量制御手段の開度を演算する開度演算手段と、
を備え、
前記マニホルド内状態推定手段は、
アイドルストップ直前の吸気マニホルド内圧力を記憶する記憶手段と、
前記記憶された吸気マニホルド内圧力を初期値とし、アイドルストップ継続時間を積分時間として、吸気マニホルド内空気量を積分することにより、吸気マニホルド内圧力を計算する計算手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記要求空気量演算手段は、
外気温度及び機関温度に基づいて、予め記憶されたテーブルを索引して要求空気量を求めることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記吸入空気量制御手段は電子制御スロットルであり、
前記マニホルド内状態推定手段は、前記電子制御スロットルから流入する空気を積分演算して、吸気マニホルド内の総ガス量を演算することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記吸入空気量制御手段は、吸気バルブの開閉タイミングを変更して吸入空気量を制御するバルブタイミング制御手段であることを特徴とする請求項１または請求項２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、アイドルストップを自動的に行う内燃機関の制御装置に係り、特に再始動時の始動性を向上するとともに、再始動時のショックを低減した内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、排気ガス低減や２酸化炭素排出量及び燃費の低減のため、停車中のエンジン停止を励行するアイドルストップ運動が行われている。また渋滞や信号機による頻繁な停車時に運転者のアイドルストップ操作の負担を軽減するため、アイドル状態を検出して機関の停止及び再始動を自動的に行うアイドルストップ機能を備えた自動車も考えられている。
【０００３】
このようなアイドルストップ機能を備えた自動車では、機関停止から再始動までの経過時間が短い場合が頻繁に発生する。このような内燃機関の再始動性を向上させるために、特開平７−２２４７１２号公報記載の第一従来技術が知られている。この第一従来技術は、発熱抵抗体を備えたエアフローメータを吸気量センサとする内燃機関において、機関始動に先だって発熱抵抗体に通電し、機関停止後にも所定時間が経過するまで、通電を継続するものである。
【０００４】
また、可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関の再始動性を向上する技術としては、特開平８−２６１０２７号公報記載の第２従来技術が知られている。この第２従来技術では、主電源スイッチが開路操作されると閉路状態にされる補助電源スイッチを設け、主電源オフ後、再始動に備えてアイドルスピード制御バルブ（ＩＳＣＶ）を強制的に全開とするとともに、バルブタイミングを機関始動に適したバルブオーバーラップ期間に設定している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、吸気マニホルド内の状態に係わらず、常に冷却水温度等の機関温度に従って始動時のスロットル開度を設定していたので、始動時に急激なトルクが発生し、車体及び乗員にショックを与えるという問題点があった。
【０００６】
以上の問題点に鑑み本発明の目的は、再始動時の急激なトルク発生を防止し、車体及び乗員にショックを与えることがない内燃機関の制御装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記目的を達成するため、所定のアイドル条件が満足されたとき自動的に機関を停止し、所定の再始動条件が満足されたとき自動的に機関を再始動させるアイドルストップ機能を備えた内燃機関の制御装置であって、機関が吸入する空気量を制御する吸入空気量制御手段と、アイドルストップ中に吸気マニホルド内の状態を推定するマニホルド内状態推定手段と、機関再始動時の要求空気量を演算する要求空気量演算手段と、前記マニホルド内状態及び前記要求空気量に応じて前記吸入空気量制御手段の開度を演算する開度演算手段と、を備え、前記マニホルド内状態推定手段は、アイドルストップ直前の吸気マニホルド内圧力を記憶する記憶手段と、前記記憶された吸気マニホルド内圧力を初期値とし、アイドルストップ継続時間を積分時間として、吸気マニホルド内空気量を積分することにより、吸気マニホルド内圧力を計算する計算手段と、を備えたことを要旨とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記要求空気量演算手段は、外気温度及び機関温度に基づいて、予め記憶されたテーブルを索引して要求空気量を求めることを要旨とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、前記吸入空気量制御手段は電子制御スロットルであり、前記マニホルド内状態推定手段は、前記電子制御スロットルから流入する空気を積分演算して、吸気マニホルド内の総ガス量を演算することを要旨とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、前記吸入空気量制御手段は、吸気バルブの開閉タイミングを変更して吸入空気量を制御するバルブタイミング制御手段であることを要旨とする。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明にあっては、アイドルストップ機能を備えた内燃機関の制御装置において、マニホルド内状態推定手段が推定したアイドルストップ中の吸気マニホルド内の状態と、要求空気量演算手段が演算した機関再始動時の要求空気量とに基づいて開度演算手段が吸入空気量制御手段の開度を演算するようにしたので、吸入空気量制御手段の開度を再始動時に最適制御することができ、再始動時に急激なトルクが発生することを防止し、車体及び乗員にショックを与えることが無くなるという効果がある。
【００１４】
また、前記マニホルド内状態推定手段は、アイドルストップ直前の吸気マニホルド内圧力を記憶する記憶手段と、前記記憶された吸気マニホルド内圧力を初期値とし、アイドルストップの継続時間を積分時間として、吸気マニホルド内空気量を積分することにより、吸気マニホルド内圧力の変化を計算する計算手段と、を備えて構成するようにしたので、アイドルストップ後の時間経過に応じて吸気マニホルド内圧力の変化を高精度に計算することができるという効果がある。
【００１６】
請求項２記載の発明にあっては、請求項１に記載の発明の効果に加えて、前記要求空気量演算手段は、外気温度と機関温度とに基づいて、予め記憶されたテーブルを索引して要求空気量を求めるようにしたので、複雑な計算を行うことなく、短時間で要求空気量を求めることができる。
【００１７】
請求項３記載の発明にあっては、請求項１または請求項２に記載の発明の効果に加えて、前記吸入空気量制御手段は電子制御スロットルであり、前記要求空気量演算手段は、前記電子制御スロットルから流入する空気を積分演算して、吸気マニホルド内の総ガス量を演算するようにしたので、アイドルストップ後の時間経過に応じて吸気マニホルド内圧力の変化を高精度に計算することができる。
【００１８】
請求項４記載の発明にあっては、請求項１または請求項２に記載の発明の効果に加えて、前記吸入空気量制御手段は、吸気バルブの開閉タイミングを変更して吸入空気量を制御するバルブタイミング制御手段としたので、電磁駆動吸気バルブ等を備えて任意のタイミングで吸気バルブを開閉して吸入空気量を制御する内燃機関にも適用することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る内燃機関の制御装置の第一の実施形態の構成を示すブロック図である。
【００２０】
図１において、制御装置１は、機関の吸入空気量を検出するエアフローメータ２と、一定時間の間隔で計時信号を発生する計時部３と、機関運転中はもとより機関停止後も計時部３からの計時信号に従って吸気マニホルド内の空気量を演算する吸気マニホルド内空気量演算部４と、再始動時の要求空気量を演算する再始動時要求空気量演算部５と、スロットル開度を演算するスロットル開度演算部７と、エアフローメータ２の下流に配設され吸入空気量を制御する電子制御スロットル８とを備えている。
【００２１】
エアフローメータ２は、各種の形式のエアフローメータの内、低流量まで測定可能な方式、例えば熱線式を採用したものが好ましい。このエアフローメータの測定信号をＱａとする。
【００２２】
計時部３は、水晶振動子などを用いて固有振動数の発振を行わせ、この固有振動数を分周して、例えば１msec毎の固定周期の時間信号ｔを発するものである。
【００２３】
吸気マニホルド内空気量演算部４は、機関運転中及び機関停止後の吸気マニホルド内状態であるマニホルド内空気量を計算するものであり、計時部３からの固定周期の時間信号ｔに従って、マニホルド内の空気の出入りを計算し、この計算値を用いてマニホルド内空気量Ｃｍを順次更新するものである。
【００２４】
再始動時要求空気量演算部５は、外気温度Ｔａ及び機関温度としての冷却水温度Ｔｅに基づいて、機関が再始動するために必要な空気量を計算する。この計算は、近似計算式に従って計算してもよいが、本実施の形態では、再始動時要求空気量演算部５の内部に要求空気量マップ６を設け、Ｔａ及びＴｅの２次元の変数でマップを索引して要求空気量Ｑｄを求めている。
【００２５】
スロットル開度演算部７は、吸気マニホルド内空気量演算部４が計算した吸気マニホルド内空気量Ｃｍと再始動時要求空気量演算部５が計算した要求空気量Ｑｄとに基づいて、例えば予め記憶されたマップを参照して再始動時の電子制御スロットル８の開度を計算する。
【００２６】
次に、図２のフローチャートを参照して、本実施の形態の動作の流れを説明する。尚、図２に示したフローチャートは、計時部３が発生する時間信号ｔ毎の動作であり、制御装置１のうち、エアフローメータ２及び電子制御スロットル８を除いた構成要素をマイクロコンピュータ等で構成した場合のサブルーチンと考えてもよい。
【００２７】
まず、アイドルストップ中か否かが判定される（ステップ１０、以下ステップをＳと略す）。
【００２８】
ここでアイドルストップについて、補足説明する。制御装置が判定して自動的に機関停止させるためのアイドルストップ条件は、例えば、機関の暖機が完了し蓄電池が充電を必要としないとき、運転者がアクセルペダルから足を離してブレーキペダルを踏んでいる状態であること、車速が０となったこと、ギア位置がＮまたはＤであること、などの条件が全て満足されたときである。内燃機関の制御装置は、このアイドルストップ条件が満足されたとき、燃料噴射及び点火停止を行って、機関を自動的に停止させている。
【００２９】
そして、運転者がブレーキペダルからアクセルペダルへ踏み変えたとき、サイドブレーキが外され、ギア位置がＮまたはＤであれば、制御装置は再始動条件が満足されたとして、スタータモータを駆動し、燃料噴射及び点火を行うことにより、機関を自動的に再始動させるものとする。
【００３０】
Ｓ１０の判定で、アイドルストップ中でなければ、エアフローメータにより空気流量Ｑａを測定し（Ｓ１２）、吸気マニホルドからシリンダへの流出空気量Ｃｃを算出（Ｓ１４）する。次いで、前回時間信号ｔに同期して計算した前回の吸気マニホルド内空気量Ｃｍ（ｎ−１）に〔Ｑａ・Δｔ−Ｃｃ〕を加えることにより、今回の吸気マニホルド内空気量Ｃｍ（ｎ）を求めて（Ｓ１６）、メインルーチンへリターンする。ここで、Δｔは、時刻ｎ−１から時刻ｎまでの時間、即ち計時部３が発生する時間信号ｔの間隔である。
【００３１】
Ｓ１０の判定で、アイドルストップ中であれば、機関を再始動するための所定の再始動条件が満足されているかどうかを判定し（Ｓ１８）、再始動しなければ、吸気マニホルド内への流入空気量Ｑａを測定し（Ｓ２０）、次いで、前回時間信号ｔに同期して計算した前回の吸気マニホルド内空気量Ｃｍ（ｎ−１）にＱａ・Δｔを加えることにより、今回の吸気マニホルド内空気量Ｃｍ（ｎ）を求めて（Ｓ２２）、アイドルストップ後の経過時間を更新して（Ｓ２４）、メインルーチンへリターンする。
【００３２】
Ｓ１８の判定で、再始動条件が満足されている場合、外気温Ｔａを測定し（Ｓ２６）、冷却水温Ｔｅを測定し（Ｓ２８）、Ｔａ及びＴｅを用いて要求空気量Ｑｄを算出する（Ｓ３０）。
【００３３】
次いで、算出された要求空気量Ｑｄと、前回までに算出された吸気マニホルド内空気量Ｃｍとを用いて、再始動時のスロットル開度を計算し（Ｓ３２）、このスロットル開度に電子制御スロットルを設定して（Ｓ３４）、機関を始動する（Ｓ３６）。
【００３４】
こうして、機関停止後も吸気マニホルド内の状態を計算し、機関再始動時には吸気マニホルド内の状態に合わせて電子制御スロットルの開度を制御することができるので、再始動時に適度なトルクが発生して良好な再始動性を確保するとともに、過大なトルクが急激に発生して車両及び乗員に衝撃を与えることが無くなる。
【００３５】
図３は、吸気マニホルド内空気量演算部４が計算に使用する吸気系の内部モデルの説明図である。
図３において、吸気量を測定するエアフローメータ（ＡＦＭ）２の下流に電子制御スロットル８が設けられている。電子制御スロットル８の下流には吸気マニホルド部２０があり、吸気弁２１を介してシリンダ部２２が設けられている。
【００３６】
ＡＦＭ部の空気流量をＱａ〔ｋｇ／ｈ〕とする。マニホルド部の圧力をＰｍ〔Ｐａ〕、容積をＶｍ〔ｍ3 〕、空気質量をＣｍ〔ｇ〕、温度をＴｍ〔°Ｋ〕、とする。シリンダ部の圧力をＰｃ〔Ｐａ〕、容積をＶｃ〔ｍ3 〕、空気質量をＣｃ〔ｇ〕、温度をＴｃ〔°Ｋ〕、シリンダ内新気割合をηとする。
【００３７】
吸気マニホルド内の空気量Ｃｍ（ｎ）は、次に示す式（１）で表される。
【数１】
Ｃｍ（ｎ）＝Ｃｍ（ｎ−１）＋Ｑａ（ｎ）・Δｔ−Ｃｃ（ｎ）  …（１）
ここで、Ｑａ（ｎ）・Δｔは、マニホルドへの流入空気量であり、Ｃｃ（ｎ）はマニホルドからの流出空気量である。
【００３８】
さらに、気体常数をＲ、機関回転数をＮｅ、マニホルド部温度＝シリンダ部温度（Ｐｍ＝Ｐｃ）、マニホルド部圧力＝シリンダ部圧力（Ｔｍ＝Ｔｃ）と仮定したとき、Ｃｃは次に示す式（２）で表される。
【数２】
Ｃｃ＝η・Ｐｍ・Ｖｃ／（Ｒ・Ｔｍ）／Ｎｅ                  …（２）
図４は、式（１）で示した吸気マニホルド内空気量の計算内容を示す信号ダイアグラムである。
入力信号としては、ＡＦＭ部の空気流量Ｑａ、空気流量概算値ＱＨ0 、機関回転数Ｎｅ、シリンダ容積Ｖｃである。出力信号は、マニホルド部空気量Ｃｍである。
【００３９】
空気流量概算値ＱＨ0 は、機関回転数Ｎｅと図示されないスロットル開度から求められた吸入空気流量の概算値であり、ＱＨ0 とＮｅにより補正係数マップであるＫtrm マップを索引してＫtrm を求める。そしてＡＦＭ部で測定された空気流量にＫtrm を乗算して、正確な空気流量を得ている。ここで用いている熱線式空気流量計は、吸気脈動に起因して特性がふらつくことが知られており、なるべくフラットなオープンループ空燃比制御特性を得るために、測定値に対してＫtrm による補正を行っている。
【００４０】
次いで、Ｑａの単位を変更した後、１msecの区間積分を行って、マニホルドへの流入空気量Ｃａを得る。
一方、シリンダ容積Ｖｃに、シリンダ圧力Ｐｃ＝Ｐｍを乗じることにより、マニホルドからの流出空気量Ｃｃが得られる。そして、Ｃｍ（ｎ−１）にＣａ＝Ｑａ（ｎ）・Δｔを加えたものからＣｃを減じると、更新されたマニホルド内空気量Ｃｍ（ｎ）が得られる。
【００４１】
図５は、本実施の形態のおける機関停止から再始動までの時間に対する再始動時のスロットル開度を示すものである。
例えば、図５（ａ）に示すように、機関停止時に吸気マニホルド内圧力が−２００ｍｍＨｇ以上であれば、停止直後の再始動時には、スロットル開度は、全開（１．０）の７０％（０．７）となり、再始動までの時間が経過するに従って、再始動時のスロットル開度は小さくなり、約１秒後以後の再始動時には、スロットル開度はほぼ０．５の一定となる。
【００４２】
また、図５（ｂ）に示すように、機関停止時に吸気マニホルド内圧力が−２００ｍｍＨｇ以下であれば、停止直後の再始動時には、スロットル開度は、ほぼ全開（１．０）となり、再始動までの時間が経過するに従って、再始動時のスロットル開度は小さくなり、約３秒後以後の再始動時には、スロットル開度はほぼ０．５の一定となる。
【００４３】
尚、本実施形態においては、吸気マニホルド内状態推定手段として、吸気マニホルド内の空気量を演算したしたが、これに限らずエアフローメータに代えて吸気マニホルド内に吸気圧センサを備えて、吸気マニホルド内の圧力からその空気量を計算し、この計算値と再始動時要求空気量とに基づいて、スロットル開度を計算してもよい。
【００４４】
この場合、機関停止時の吸気圧センサ値を初期値として一時記憶し、ほぼ一定と見なせる大気圧と吸気マニホルド内圧力との差に応じた空気流量がスロットルバルブからリークするとして、吸気マニホルド内の空気量を積分計算してもよい。
【００４５】
図６は、本発明に係る内燃機関の制御装置の第二実施形態の構成を示すブロック図である。
図６において、制御装置１０１は、機関の吸入空気量を検出するエアフローメータ２と、一定時間の間隔で計時信号を発生する計時部３と、機関運転中はもとより機関停止後も計時部３からの計時信号に従って吸気マニホルド内の空気量を演算する吸気マニホルド内空気量演算部４と、再始動時の要求空気量を演算する再始動時要求空気量演算部５と、電磁駆動吸排気弁の開閉タイミングを演算する吸排気弁開閉タイミング演算部１０と、電磁駆動吸排気弁１１とを備えている。
【００４６】
本実施の形態の制御装置１０１は、電磁気的に駆動される吸排気弁を備えた内燃機関に適用されるものであり、図１に示した第一実施形態の構成要素であるスロットル開度演算部７及び電子制御スロットル８に代えて、吸排気弁開閉タイミング演算部１０と、電磁駆動吸排気弁１１とを備えている。その他の構成は第一実施形態と同様であり、同じ符号が付与されている。
【００４７】
電磁駆動吸排気弁を備えた内燃機関においては、吸排気弁の開閉タイミングを制御することにより、吸気量の制御ができるので、スロットルバルブは設けないか、設けても通常運転状態ではほぼ開いた状態となっている。
【００４８】
本実施の形態における動作は、第一実施形態と同様であり、スロットル開度演算に代えて、吸排気弁開閉タイミングが演算されることが異なる。
即ち、第一実施形態において、スロットルバルブ開度の計算値が全開となったときには、本実施形態では、吸気弁の開閉タイミングを最大吸気量が得られるタイミング、例えば上死点付近で開き、下死点付近で閉じるタイミングとする。
【００４９】
また第一実施形態でスロットルバルブが絞られる場合には、その絞り量に対応して吸気弁を早閉じ、または下死点を超えた遅閉じに制御する。このように吸気弁の開閉タイミングを制御することにより、機関停止から再始動までの時間に係わらず、常に最適な空気量をシリンダに吸入することができ、良好な再始動性を確保するとともに、再始動時の唐突なトルク発生を防止し、車両及び乗員に衝撃を与えることがなくなる。
【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の第一の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】第一実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図３】吸気マニホルド内空気量演算部が計算する吸気系の内部モデル説明図である。
【図４】吸気マニホルド内空気量演算部の計算内容を示す信号ダイアグラムである。
【図５】機関停止後経過時間に対するスロットル開度の例を示すグラフである。
【図６】第二実施形態の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  制御装置
２  エアフローメータ
３  計時部
４  吸気マニホルド内空気量演算部
５  再始動時要求空気量演算部
６  要求空気量マップ
７  スロットル開度演算部
８  電子制御スロットル
【図１】
0003931490.tif 000002
【図２】
0003931490.tif 000003
【図３】
0003931490.tif 000004
【図４】
0003931490.tif 000005
【図５】
0003931490.tif 000006
【図６】
0003931490.tif 000007