JP5822754B2 - アイドルストップに関するエンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの停止と再始動を自動的に行うアイドルストップシステムにおいてチェンジオブマインド時の再始動に関する。

近年、エネルギ資源の節約と環境保全を目的とした自動車の技術が開発されている。例えば、運転中に所定の条件（自動停止条件）が成立した時に、エンジンに供給する燃料をカットし、エンジンが発生するトルクを失わせるアイドルストップシステムを搭載したものがある。エンジン自動停止条件は、運転者がアクセルから足を離したり、ブレーキを踏んだりすることで成立する。このアイドルストップシステムでは、車両が停止していなくても、エンジン自動停止条件が成立したらエンジンを自動的に停止する。その後、運転者の再始動要求もしくは発進要求（チェンジオブマインド要求）が発生した時、できるだけ速やかにエンジンを再始動する要求が存在する。チェンジオブマインド要求とは、例えば運転手がブレーキペダルから足を離す等である。エンジンを速やかに再始動する要求を満たす技術としては、エンジン惰性回転期間中に再始動要求が発生したときに、スタータモータに通電し、スタータモータと同軸上に備わるピニオンの回転速度がエンジンのクランク軸に連結されたリングギアの回転速度と同期した時点で、ピニオンを押し出してリングギアに噛み込ませて、スタータによるクランキングを開始し、燃料噴射を実行してエンジンの再始動を行う技術が提案されている（特許文献１参照）。

また、特許文献２ではチェンジオブマインド要求後の燃料噴射として、チェンジオブマインド要求後、スタータモータを回転させる前に燃料噴射を再開する技術を開示する。

特許第４２１４４０１号公報 特開２０１１−１６９２２５号公報

上述の背景により、アイドルストップシステムにおいては、アイドルストップ期間中にチェンジオブマインド要求が発生した時、できるだけ速やかにエンジンを再始動することが要求される。しかし、上記従来のアイドルストップシステムでは、ピニオンを押し出してリングギアに噛み込ませて、スタータによるクランキングを開始した後に燃料噴射を実行してエンジンの再始動を行う。クランキングの開始まで待ってから燃料噴射を実行するため、再始動するまでの時間に遅れが生じてしまい、運転者に再始動が遅いと感じさせてしまう課題がある。

一方、チェンジオブマインド要求の発生後、スタータモータのピニオンとリングギアとが噛み合う前に燃料噴射を再開すると、特にエンジン惰性回転期間中の場合、スタータモータに通電し、ピニオンの回転速度を上昇させ、エンジン回転速度と同期させてからピニオンをリングギアに噛み込ませる必要があり、チェンジオブマインド要求の発生から噛み込むまでに時間を要するため、噛み込む前に、燃料噴射と点火による燃焼が先に発生し、エンジン回転速度が高い場合（例えばエンジン回転速度４００ｒ／min以上）は燃焼復帰するが、エンジン回転速度が低い場合は燃焼復帰しない範囲でエンジン回転速度が上昇する可能性がある。噛み込む前にエンジン回転速度が上昇することにより、ピニオンの回転速度との同期に時間遅れが生じ、これに伴い、エンジンの再始動が遅くなる。また、ピニオンの回転速度はスタータモータの性能により上限があり、ピニオンの回転速度が上限まで上昇しても、エンジン回転速度がピニオンの上限回転速度まで下降せず、エンジン回転速度とピニオン回転速度が同期しないことで、エンジンが再始動できない可能性もある。

上記課題を解決すべく、本発明はエンジン運転中にアイドルストップ条件を満たしたときに燃料の噴射を停止するアイドルストップシステムの制御装置において、アイドルストップ期間中にチェンジオブマインド要求が発生した時に、スタータのピニオンをリングギアに噛み込ませてクランキングを開始する。燃料噴射はチェンジオブマインド要求の発生後、スタータモータのピニオンとリングギアとが噛み合う前に再開させるとともに、点火時期を制御する。点火時期の制御は、チェンジオブマインド要求の発生タイミング前の点火時期もしくは燃料の噴射を停止する前の点火時期よりも遅角する。または、点火時期を膨張行程にする。または、点火を禁止する。

本発明によれば、アイドルストップを行う構成において、チェンジオブマインド時の再始動を速やかに行うことができる。

本実施例におけるスタータと制御装置の簡単な構造と回路接続の模式図。 本発明の実施例としての制御フローチャート。 制御装置の出力とエンジン回転速度とピニオンの回転速度の時間変化の一例。

本発明を実施するための形態は、次のようなものである。アイドルストップを行う際は燃料の噴射を停止し、アイドルストップ期間中にチェンジオブマインド要求が発生したら、直ちにスタータモータに通電もしくは通電しないで、スタータモータと同軸上に備わるピニオンの回転速度がエンジンのクランク軸に連結されたリングギアの回転速度と同期した時点で、ピニオンを押し出しリングギアに噛み込ませて、スタータによるクランキングを開始する。燃料噴射はチェンジオブマインド要求の発生後、ピニオンギアがリングギアに噛み込む前に再開させ、燃料噴射を再開してからピニオンがリングギアに噛み込みを完了するまでの期間は、点火時期をチェンジオブマインド要求の発生タイミング前の点火時期もしくは燃料の噴射を停止する前の点火時期よりも遅角する。噛み込むまでに点火が発生した場合、点火時期を遅角しているため、燃焼度合が低くエンジン回転速度が大きく上昇するまで至らず、エンジン回転速度とピニオンの回転速度との同期に時間遅れが生じず、ピニオンがリングギアに噛み込みを完了する。噛み込み完了後は、始動時の点火時期に設定して点火し、噛み込み後の最初の圧縮上死点で通常燃焼し、エンジン回転速度が上昇して、エンジンの再始動を行う。

以下に添付の図を参照して本発明の実施例について詳細に説明する。

図１は本実施例におけるスタータ１０１と制御装置１０８の簡単な構造と回路接続の模式図である。スタータ１０１は、いわゆるピニオン押し出し方式のスタータであり、スタータモータ１０５とスタータモータ１０５によって回転駆動されるピニオン１０３と、ピニオン１０３を押し出すためのマグネットスイッチ１０２を備えた構成となっている。スタータモータ１０５の回転はその内部にある減速機構で減速することでトルクを増大させてピニオン１０３に伝達される。マグネットスイッチ１０２に通電するとピニオン１０３を押し出して（図１の右方向）、リングギア１０４に噛み込ませる構造となっている。ピニオン１０３を押し出す機能を備えるものであれば、マグネットスイッチ１０２でなくても良い。ピニオン１０３はワンウェイクラッチ１０７と一体化されている。ピニオン１０３はスタータモータ１０５の軸方向に移動可能である。ピニオン１０３はエンジンのクランク軸に連結されたリングギア１０４と噛み合わせて回転することでエンジンに動力を伝えることができる。ワンウェイクラッチ１０７はスタータモータ１０５がエンジンを正回転させる方向にしか動力が伝わらない構成にする。これにより、ピニオン１０３がリングギア１０４に噛み合っている時は、リングギア１０４の回転速度は、スタータモータ１０５の回転速度に対して、減速比に応じた同期速度になるか、もしくは、それよりも速い回転速度になる。すなわち、リングギア１０４がピニオン１０３の回転速度よりも低下しようとすると、ワンウェイクラッチ１０７が動力を伝達するため、リングギア１０４の回転速度がスタータモータ１０５に対する同期速度を下回ることはない。一方で、同期速度よりもリングギアの回転速度の方が速い時は、ワンウェイクラッチが動力を伝達しないため、リングギア１０４からスタータモータ１０５側へ動力が伝達されることはない。

図１に示す通り、クランク角度センサ１０９（エンジン回転速度検知手段、クランク角度検知手段）からの信号、ピニオン回転センサ１１０（ピニオン回転速度検知手段）、ブレーキスイッチ１１１、車速センサ１１２からの信号は制御装置１０８に入力される。なお、リングギア１０４とエンジンのクランク軸は連結されているので、リングギア回転速度とエンジン回転速度は同義である。制御装置１０８は通常の燃料噴射，点火，空気制御（電子制御スロットル）に加え、ブレーキペダル状態，車速等の各種情報より、アイドルストップを許可し、燃料の噴射を停止し、チェンジオブマインド要求が発生した場合、燃料噴射の再開および点火を含むエンジン再始動制御を実行する。また、制御装置からはピニオン押し出し指令信号とモータ回転指令信号がそれぞれ独立して出力される。図１で示す通り、ピニオン押し出し指令信号を伝えるマグネットスイッチ通電用スイッチ１０６ａとモータ回転指令信号を伝えるスタータモータ通電用スイッチ１０６ｂがピニオン押し出しとスタータモータ１０５の回転とを制御する。スイッチの役割を果たす部品として機械式接点を持つリレースイッチや、半導体を用いたスイッチなどを使うことができる。

図２は本発明の実施例としての制御フローチャートであり、制御装置１０８の内部で実施される。また、制御フローを実施した時の、制御装置１０８の出力とエンジン回転速度とピニオンの回転速度の時間変化の一例を図３（ａ）に示す。図２に示す通り、まずステップ２０１にてアイドルストップ条件が成立したことを受けて、ステップ２０２にて燃料噴射を停止する（図３（ａ）におけるｔ１燃料噴射停止フラグはＬｏｗからＨｉｇｈとなる）。その結果、エンジン回転は惰性回転を始める。次にステップ２０３でチェンジオブマインド要求が発生した場合（図３（ａ）におけるｔ２）、ステップ２０４にてエンジンが停止しているか否かを判定する。エンジンが停止しているか否かの判定は、例えば、エンジン回転速度から判定してもよいし、クランク角度の変化度合いから判定してもよい。エンジンが停止している場合、エンジン回転速度とピニオンの回転速度はどちらも０ｒ／minであり、同期しているため、ステップ２１５に進み、通常の再始動制御を行う。ここで、通常の再始動制御とは、マグネットスイッチ１０２に通電してピニオン１０３を押し出してリングギア１０４に噛み合わせ、スタータモータ１０５に通電してエンジンをクランキングして燃料噴射を再開し、再始動させる制御のことである。エンジンが停止していない場合、ステップ２０５にて燃料噴射を再開し、ステップ２０６にてチェンジオブマインド要求の発生タイミング前の点火時期（図３（ａ）におけるＡＤＶ１）もしくは燃料の噴射を停止する前の点火時期（図３（ａ）におけるＡＤＶ２）よりも点火時期を遅角し、ステップ２０７にてスタータモータ１０５に通電を行う（図３（ａ）におけるｔ２）。これによりピニオン１０３が回転運動を始め、ピニオン１０３の回転速度が上昇する。次にステップ２０８にてエンジン回転速度Ｎｅとピニオン１０３の回転速度Ｎｐの回転速度差がピニオン押し出し許可回転速度ＰＩＪＤＧ以下であるか否かを判定する。条件が成立した場合、ステップ２０９へ進み、スタータモータ１０５の通電を止め、ステップ２１０にてピニオン１０３を押し出すためのマグネットスイッチ１０２に通電を行う（図３（ａ）におけるｔ３）。回転速度差が小さい状態でリングギア１０４に向かってピニオン１０３が押し出されることによりピニオン１０３とリングギア１０４が噛み込む際の衝撃が緩和され、衝突音、噛み込み音が低減されると共にピニオン１０３とリングギア１０４の磨耗が緩和できる。次にステップ２１１にてピニオン１０３がリングギア１０４に噛み込んだか否かを判定する。噛み込み判定は、ステップ２１０のピニオン押し出し通電開始から所定時間（図３（ａ）におけるＴｐ＝ｔ３からｔ４間）経過後、噛み込み完了と判定してよい。つまり、所定時間Ｔｐとはピニオン押し出し通電開始からピニオンが移動してリングギアに到達しリングギアに噛み込んでいくまでの時間である。もしくは、ピニオン１０３とリングギア１０４が噛み込んだことを検出可能なセンサを設けておき、センサの出力値に基づいて噛み込み完了と判定してもよい。条件が成立した場合（図３（ａ）におけるｔ４）、ステップ２１２にて点火時期を始動時の点火時期に設定し、ステップ２１３にてスタータモータに通電してエンジンをクランキングして再始動させる。図３（ａ）におけるｔ２のタイミングで燃料噴射を再開することで、図３（ａ）におけるｔ５のタイミングでエンジン回転速度が大きく上昇する最初の燃焼（初爆）が＃１気筒で発生して、エンジン回転速度が大きく上昇する。これにより、噛み込み後に燃料噴射を実行する従来の方式と比較して、初爆が少なくとも１気筒分早く発生し、再始動が早くなる。この後、ステップ２１４に進み、エンジン始動が完了したか否かを例えば、エンジン回転速度が始動判定回転速度以上になったか否かで判定し、始動完了と判定するまでクランキングを継続する。

ここで燃料の噴射と点火のタイミングについて、図３（ａ）に加え、図３（ｂ）で詳細に説明する。一例として気筒内の燃焼室に直接燃料を噴射する筒内噴射型の４気筒エンジンの場合を示し、図中の矢印は点火タイミングを示し、網掛け部は燃料噴射を示す。チェンジオブマインド要求が発生した場合（図３（ａ）におけるｔ２）、チェンジオブマインド要求とほぼ同時に所定の複数気筒（例えば図３（ｂ）における吸気行程にある＃２気筒と圧縮行程にある＃４気筒）に燃料噴射を再開し、２回目の燃料噴射以降は、所定の噴射タイミング（例えば図３（ｂ）における＃１気筒および＃３気筒）で燃料噴射を実施する。

燃料噴射の再開における１回目の燃料噴射は、チェンジオブマインド要求とほぼ同時に１気筒のみに実施しても良いし（例えば図３（ｂ）における＃４気筒もしくは＃２気筒）、チェンジオブマインドの発生タイミング後の所定の噴射タイミング（例えば図１（ｂ）における＃１気筒）で実施しても良い。

＃４気筒に燃料噴射後、図３（ｂ）におけるｔａのタイミング（爆発行程）で＃４気筒に点火する。チェンジオブマインド要求の発生タイミング前の点火時期より遅角側で点火しているため、燃焼度合が低くエンジン回転速度が大きく上昇するまで至らない。その後、図３（ｂ）におけるｔｂのタイミング（爆発行程）で＃２気筒に点火する。＃４気筒と同様に、エンジン回転速度が大きく上昇するまで至らない。図３（ａ）におけるｔ４のタイミングで噛み込みが完了し、始動時の点火時期に設定する。これにより、＃１気筒の点火は図３（ｂ）におけるｔｃのタイミング（圧縮行程）で点火し、図３（ａ）におけるｔ５のタイミングでエンジン回転速度が大きく上昇する最初の燃焼（初爆）が発生して、エンジン回転速度が上昇し、エンジンが再始動する。

本実施例においては、ステップ２０６において点火時期を遅角することとしているが、点火時期を膨張行程に置いたり、点火を禁止することでもエンジントルクの発生を抑制することができ、エンジン回転速度の上昇を低く抑えることができる。

尚、本発明を適用可能なエンジンは、筒内噴射型のエンジンに限定されず、吸気ポートに噴射する吸気ポート型のエンジンや、吸気ポートと筒内噴射を併用するデュアル噴射型のエンジンにも適用して実施できる。また、気筒数やエンジン形式（Ｖ型や水平対抗型）についても限定されず、適用して実施できる。

１０１ スタータ
１０２ マグネットスイッチ
１０３ ピニオン
１０４ リングギア
１０５ スタータモータ
１０６ａ マグネットスイッチ通電用スイッチ
１０６ｂ スタータモータ通電用スイッチ
１０７ ワンウェイクラッチ
１０８ 制御装置
１０９ クランク角度センサ
１１０ ピニオン回転センサ
１１１ ブレーキスイッチ
１１２ 車速センサ
ｔ１ 燃料噴射停止のタイミング
ｔ２ チェンジオブマインド要求発生タイミングおよび燃料噴射再開タイミング
ｔ３ ピニオン押し出しタイミング
ｔ４ 噛み込み完了タイミングおよびクランキング開始タイミング
ｔ５ 初爆（エンジン回転速度上昇）タイミング
ｔａ ＃４気筒の点火タイミング
ｔｂ ＃２気筒の点火タイミング
ｔｃ ＃１気筒の点火タイミング
ＡＤＶ１ 燃料の噴射を停止する前の点火時期
ＡＤＶ２ チェンジオブマインド要求の発生タイミング前の点火時期
Ｔｐ ピニオン押し出しタイミングから噛み込み完了までの時間
Ｎｅ エンジン回転速度
Ｎｐ ピニオンの回転速度
ＰＩＪＤＧ ピニオン押し出し許可回転速度

Claims (5)

1. エンジン運転中にアイドルストップ条件を満たしたときに燃料の噴射を停止し、前記アイドルストップ条件成立後前記エンジンの惰性回転中に前記エンジンの再始動要求が発生した場合、スタータモータのピニオンを押し出して前記エンジンのクランク軸に連結されたリングギアに噛み込ませ、前記スタータモータによりクランキングを開始して前記エンジンを再始動させるアイドルストップシステムに用いられるエンジンの制御装置において、
   前記エンジンの制御装置は、前記再始動要求の発生後、前記エンジンの惰性回転中かつ前記ピニオンが前記リングギアに噛み込む前に燃料噴射を再開する燃料噴射再開手段と、
   前記エンジンの惰性回転中かつ前記燃料噴射再開手段によって燃料噴射を再開してから前記ピニオンが前記リングギアに噛み込むまでの期間に点火時期を制御する点火時期制御手段と、を有し、
   前記点火時期制御手段は、点火時期を前記再始動要求の発生タイミング前の点火時期もしくは前記アイドルストップ条件を満たしたことによる燃料噴射停止前の点火時期よりも遅角することを特徴とするエンジン制御装置。
2. エンジン運転中にアイドルストップ条件を満たしたときに燃料の噴射を停止し、前記アイドルストップ条件成立後前記エンジンの惰性回転中に前記エンジンの再始動要求が発生した場合、スタータモータのピニオンを押し出して前記エンジンのクランク軸に連結されたリングギアに噛み込ませ、前記スタータモータによりクランキングを開始して前記エンジンを再始動させるアイドルストップシステムに用いられるエンジンの制御装置において、
   前記エンジンの制御装置は、前記再始動要求の発生後、前記エンジンの惰性回転中かつ前記ピニオンが前記リングギアに噛み込む前に燃料噴射を再開する燃料噴射再開手段と、
   前記エンジンの惰性回転中かつ前記燃料噴射再開手段によって燃料噴射を再開してから前記ピニオンが前記リングギアに噛み込むまでの期間に点火時期を制御する点火時期制御手段と、を有し、
   前記点火時期制御手段は、点火時期を膨張行程に設定することを特徴とするエンジン制御装置。
3. エンジン運転中にアイドルストップ条件を満たしたときに燃料の噴射を停止し、前記アイドルストップ条件成立後前記エンジンの惰性回転中に前記エンジンの再始動要求が発生した場合、スタータモータのピニオンを押し出して前記エンジンのクランク軸に連結されたリングギアに噛み込ませ、前記スタータモータによりクランキングを開始して前記エンジンを再始動させるアイドルストップシステムに用いられるエンジンの制御装置において、
   前記エンジンの制御装置は、前記再始動要求の発生後、前記エンジンの惰性回転中かつ前記ピニオンが前記リングギアに噛み込む前に燃料噴射を再開する燃料噴射再開手段と、
   前記エンジンの惰性回転中かつ前記燃料噴射再開手段によって燃料噴射を再開してから前記ピニオンが前記リングギアに噛み込むまでの期間で点火を禁止する点火禁止手段と、を有することを特徴とするエンジン制御装置。
4. 前記燃料噴射再開手段は、前記再始動要求の発生タイミングと同時もしくは前記再始動要求の発生タイミング後の所定の噴射タイミングで燃料噴射を再開することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のエンジン制御装置。
5. 噛み込み判定手段を有し、前記噛み込み判定手段は、前記ピニオンを押し出しタイミングからの経過時間に基づき、噛み込み完了と判定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のエンジン制御装置。