JP2005180380A - エンジン始動制御装置、その方法及びそれを搭載した車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジン再始動時の失火頻度を抑制する。
【解決手段】 このハイブリッド自動車２０では、エンジン停止時に膨張行程で停止する気筒３１に対してエンジン３０が停止する前にインジェクタ３２により燃料を噴射しておき、その後エンジン再始動条件が成立したとき膨張行程で停止している気筒３１のピストン３８が膨張行程の初期位置又はその近傍に戻るようクランクシャフト３９を逆回転させたあとその気筒３１内の混合気に点火する。このようにエンジン停止時に膨張行程で停止する気筒３１に対してエンジン停止前つまりエンジン温度が比較的高いときに燃料を噴射しておくため、エンジン再始動時にはその気筒内の燃料が十分気化しており失火のおそれが少ない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジン始動制御装置、その方法及びそれを搭載した車両に関する。

従来、エンジン始動制御装置としては、例えば特許文献１に開示されているように、アイドルストップ制御によるエンジン停止後にエンジン始動条件が成立したとき膨張行程で停止している気筒に対して燃料噴射を指令し、燃料噴射してから燃料が気化するのに十分な所定時間が経過したことを確認した後、その気筒内の混合気に点火するものが知られている。このエンジン始動制御装置によれば、膨張行程で停止している気筒に対して燃料を噴射した後、その気化が十分に促進されてから点火を行うので、始動時に失火を招きにくい。
特開２００２−４９２９

しかしながら、上述のエンジン始動制御装置では、膨張行程で停止している気筒は筒内気流が発生していないし温度も十分に上昇しているとはいえないため、混合気が気化しにくく、依然として失火のおそれがあった。また、大気圧点火に近いことからエンジンの熱効率が小さく燃焼エネルギが十分得られないため、結局はエンジン再始動時のスタータモータによるアシストが必要となるうえ、そのスタータモータの電気エネルギ消費量をスタータモータ単独でエンジン再始動を行う場合に比べて低減させることが難しかった。

本発明のエンジン始動制御装置は、エンジン再始動時の失火頻度を抑制することを目的の一つとする。また、エンジン再始動時の燃焼エネルギを大きくすることを目的の一つとする。

本発明は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

本発明のエンジン始動制御装置は、
エンジンのクランクシャフトを回転させる回転駆動手段と、
前記エンジンの各気筒に燃料を噴射する燃料噴射手段と、
前記エンジンの各気筒内の混合気に点火する点火手段と、
前記エンジンが停止した時に膨張行程で停止する気筒に対して前記エンジンが停止する前に前記燃料噴射手段に燃料を噴射させる燃料噴射制御手段と、
前記エンジンが停止している間にエンジン再始動条件が成立したか否かを判定する再始動条件判定手段と、
前記再始動条件判定手段によってエンジン再始動条件が成立したと判定されたとき膨張行程で停止している気筒のピストンが膨張行程の初期位置又はその近傍に戻るよう前記回転駆動手段に前記クランクシャフトを逆回転させる回転駆動制御手段と、
前記膨張行程の初期位置又はその近傍にピストンが戻された気筒内の混合気に点火するよう前記点火手段を制御する点火制御手段と、
を備えたものである。

このエンジン始動制御装置では、エンジン停止時に膨張行程で停止する気筒に対してエンジン停止の前に燃料を噴射しておき、その後エンジン再始動条件が成立したとき膨張行程で停止している気筒のピストンが膨張行程の初期位置又はその近傍に戻るようクランクシャフトを逆回転させたあとその気筒内の混合気に点火する。このようにエンジン停止時に膨張行程で停止する気筒に対してエンジン停止前つまりエンジン温度が比較的高いときに燃料を噴射しておくため、エンジン再始動時にはその気筒内の燃料が十分気化しており失火のおそれが少ない。また、膨張行程で停止している気筒のピストンを膨張行程の初期又はその近傍に戻るようクランクシャフトを逆回転させたあと点火するため、圧縮点火が実現でき、これにより失火のおそれがより少なくなると共に、エンジン熱効率が増加し燃焼エネルギが大きくなる。

本発明のエンジン始動制御装置において、前記燃料噴射制御手段は、アイドルストップ制御によって前記エンジンが停止した時に膨張行程で停止する気筒に対して前記エンジンが停止する前に前記燃料噴射手段に燃料を噴射させ、前記再始動条件判定手段は、前記アイドルストップ制御によってエンジンが停止している間にエンジン再始動条件が成立したか否かを判定してもよい。アイドルストップ制御が行われると走行途中に何度もエンジン停止と再始動とを繰り返すため、本発明を適用する意義が大きい。

本発明のエンジン始動制御装置において、前記燃料噴射手段は、前記エンジンの各気筒の吸入ポートに燃料を噴射するようにしてもよい。本発明では、直噴式を採用することもできるが、エンジン停止時に膨張行程で停止する気筒に対してエンジン停止前に燃料を噴射しておくため、吸入ポートに燃料を噴射するポート式を採用することも可能となる。

本発明のエンジン始動制御装置は、前記エンジンが停止した時に膨張行程で停止する気筒の排気バルブを閉じるよう制御する排気バルブ制御手段を備えていてもよい。こうすれば、エンジン停止時に膨張行程で停止している気筒の排気バルブが閉じているため、この気筒内の燃料が排気バルブから気筒外へ出ていくことがない。

本発明のエンジン始動制御装置は、前記クランクシャフトにフリクションを与えるフリクション付与手段と、前記エンジンが停止した時に所望の気筒が膨張行程で停止するよう前記フリクション付与手段による前記クランクシャフトへのフリクションを制御するフリクション制御手段と、を備えていてもよい。こうすれば、クランクシャフトに与えるフリクションとクランクシャフトの回転エネルギとの釣り合いにより、所望の気筒をエンジン停止時に膨張行程で停止させることができ、エンジン停止前にその所望の気筒に燃料を入れておくことができる。

本発明のエンジン始動制御装置は、前記エンジンが停止する前にそのままエンジンが停止したとするとどの気筒が膨張行程で停止するかを予測する停止予測手段、を備え、前記燃料噴射制御手段は、前記停止予測手段によって膨張行程で停止すると予測された気筒に対して前記エンジンが停止する前に前記燃料噴射手段に燃料を噴射させてもよい。こうすれば、エンジン停止時に膨張行程で停止する気筒をエンジン停止前に予測するため、エンジン停止前にその気筒に燃料を入れておくことができる。

本発明のエンジン始動制御装置において、前記燃料噴射制御手段は、前記エンジンが停止する時に圧縮行程で停止する気筒に対しても前記エンジンが停止する前に前記燃料噴射手段に燃料を噴射させ、前記点火制御手段は、前記エンジンが停止する時に圧縮行程で停止していた気筒が膨張行程へ移行する手前で該気筒内の混合気に点火するよう前記点火手段を制御してもよい。こうすれば、エンジン再始動条件が成立したとき、まず膨張行程で停止している気筒のピストンを膨張行程の初期位置又はその近傍に戻してからその気筒内の混合気に点火して燃焼エネルギを得たあと、エンジン停止時に圧縮行程で停止していた気筒が膨張行程へ移行するが、その気筒内にも燃料が入っているため点火による燃焼エネルギが得られることになり、スムーズにエンジンの再始動が行われる。

本発明のエンジン始動制御装置において、前記回転駆動制御手段は、前記膨張行程の初期位置又はその近傍にピストンが戻された気筒内の混合気が点火されたあと、前記クランクシャフトの回転数が予め定めた所定回転数に達するまで前記回転駆動手段を正回転させてもよい。こうすれば、燃焼エネルギだけではエンジンが再始動しにくいときには回転駆動手段にアシストさせることにより確実にエンジンを再始動させることができる。

本発明のエンジン始動制御装置において、前記回転駆動手段は、前記エンジンのスタータモータであってもよい。こうすれば、スタータモータとは別に回転駆動手段を設ける必要がない。

本発明のエンジン始動制御装置において、前記回転駆動手段は、前記クランクシャフトの回転エネルギを電気エネルギに変換してバッテリに蓄える機能と前記バッテリの電気エネルギを前記クランクシャフトの回転エネルギに変換する機能を備えたモータジェネレータであってもよい。こうすれば、例えば制動エネルギを電気エネルギに変換してバッテリに蓄えておき、エンジン再始動時にその電気エネルギを利用してエンジンの再始動をアシストすることができる。

本発明のエンジン始動方法は、
（ａ）エンジンが停止する時に膨張行程で停止する気筒に対して前記エンジンが停止する前に燃料を噴射するステップと、
（ｂ）前記エンジンが停止している間にエンジン再始動条件が成立したか否かを判定するステップと、
（ｃ）前記ステップ（ｂ）でエンジン再始動条件が成立したと判定されたとき膨張行程で停止している気筒のピストンが膨張行程の初期位置又はその近傍に戻すステップと、
（ｄ）前記膨張行程の初期位置又はその近傍にピストンが戻された気筒内の混合気に点火するステップと、
を含むものである。

このエンジン始動方法では、エンジン停止時に膨張行程で停止する気筒に対してエンジン停止前つまりエンジン温度が比較的高いときに燃料を噴射しておくため、エンジン再始動時にはその気筒内の燃料が十分気化しており失火のおそれが少ない。また、膨張行程で停止している気筒のピストンを膨張行程の初期又はその近傍に戻るようクランクシャフトを逆回転させたあと点火するため、圧縮点火が実現でき、これにより失火のおそれがより少なくなると共に、エンジン熱効率が増加し燃焼エネルギが大きくなる。なお、このエンジン始動方法は上述したエンジン始動制御装置が備えている各種の構成手段の機能を実現するようなステップを追加してもよい。

本発明のエンジン始動制御装置を搭載した車両は、本発明のエンジン始動制御装置を搭載しているため、エンジン再始動時の失火のおそれを少なくすることができると共に、エンジン熱効率を増加させ燃焼エネルギを大きくすることができる。

次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態であるハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す説明図である。本実施形態のハイブリッド自動車２０は、ガソリンにより駆動するエンジン３０と、エンジン３０の各気筒３１に燃料を噴射するインジェクタ３２と、エンジン３０の各気筒内の混合気に点火する点火プラグ３３と、エンジン３０のクランクシャフト３９と動力のやり取りを行なうモータジェネレータ４０と、エンジン３０をコントロールするエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）５０と、エンジン３０の始動・停止やモータジェネレータ４０の駆動などを制御するハイブリッド用電子制御ユニット（以下、ハイブリッドＥＣＵという）６０とを備える。

エンジン３０は、本実施形態では４気筒エンジンであり、各気筒３１は、吸気通路２２のうち吸気バルブ３４の手前に設けられた吸入ポート３６にインジェクタ３２がガソリンを噴射するポート式として構成されている。ここで、図示しないエアクリーナおよびスロットルバルブを介して吸気通路２２に吸入された空気は、吸入ポート３６でインジェクタ３２から噴射されたガソリンと混合して混合気となる。この混合気は、吸気バルブ３４が開くことにより燃焼室３７へ吸入され、点火プラグ３３のスパークによって点火されて爆発燃焼し、その燃焼エネルギによりピストン３８が往復運動して、クランクシャフト３９を回転運動させる。燃焼後の排ガスは、排気バルブ３５が開くことにより燃焼室３７から排出される。また、エンジン３０の各気筒は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程（燃焼行程ともいう）、排気行程を１サイクルとしてこのサイクルを順次繰り返すものであり、クランクシャフト３９が半回転つまり１８０°回転するごとに行程が切り替わり、クランクシャフト３９が２回転つまり７２０°回転するごとに１サイクル進む。また、４つの気筒の点火タイミングは本実施形態では１番気筒、３番気筒、４番気筒、２番気筒という順であり、したがって例えば１番気筒が膨張行程にあるとき、２番気筒は排気行程、３番気筒は圧縮行程、４番気筒は吸気行程となる。図２にクランク角ＣＡと各気筒の行程との対応関係を表す説明図である。

エンジン３０のクランクシャフト３９は、オートマチックトランスミッション５６に接続されている。このオートマチックトランスミッション５６は、エンジン３０からクランクシャフト３９に出力された動力を変速してデファレンシャルギヤ５２を介して駆動輪５４ａ，５４ｂに伝達する。また、クランクシャフト３９にはクランク角センサ６８が取り付けられ、吸気バルブ３４や排気バルブ３５を開閉する図示しないカムが配列されたカムシャフトにはカム角センサ６９が取り付けられている。このうち、クランク角センサ６８は、本実施形態では、クランクシャフト３９に取り付けられた図示しないマグネットロータに対向する位置に磁気抵抗素子を配置したＭＲＥ回転センサであり、このクランク角センサ６８が発生するパルスを利用してクランク角ＣＡを特定したりエンジン回転数Ｎｅを求めたりすることができる。また、カム角センサ６９は、図示しないカムシャフトと一体となって回転する歯車の歯がコイルのコアに接近するごとにパルスを出力する電磁誘導ピックアップ式センサであり、カムシャフトが１回転（クランクシャフト３９が２回転）するごとに１個のパルスを発生する。

モータジェネレータ４０は、モータとして駆動すると共にジェネレータとしても駆動する例えば同期交流電動発電機として構成されており、その回転軸に取り付けられたＭＧ側プーリ２６は、エンジン３０のクランクシャフト３９に接続されたエンジン側プーリ２４にベルト２８により接続されている。このため、モータジェネレータ４０は、エンジン３０からクランクシャフト３９に出力された動力を用いて発電してインバータ４２を介してバッテリ４４を充電したり、バッテリ４４からインバータ４２を介して得られる電力を用いてクランクシャフト３９に動力を出力できる。また、モータジェネレータ４０は、エンジン３０のスタータモータとしての役割も担っている。このため、モータジェネレータ４０とは別にスタータモータを備える必要がない。なお、図１の構成をハイブリッド自動車と称しているのは、エンジン３０を始動する際のモータジェネレータ４０の回転力がオートマチックトランスミッション５６を介して車輪に伝達されることでモータジェネレータ４０が車両駆動用に利用され得るからである。

エンジンＥＣＵ５０は、エンジン３０の運転を制御するものであり、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサにより構成され、ＣＰＵの他に処理プログラムやデータなどを記憶するＲＯＭや一時的にデータを記憶するＲＡＭや入出力ポート、通信ポートを備えている。このエンジンＥＣＵ５０には、エンジン３０の運転状態を示す種々のセンサ、例えば、前出のクランク角センサ６８やカム角センサ６９のほか、図示しないが吸入空気の温度を検出する吸気温センサ、スロットルバルブの開度（ポジション）を検出するスロットルバルブポジションセンサ、エンジン３０の冷却水の温度（水温）を検出する水温センサなどが接続されており、各種センサからの検出信号が入力される。また、エンジンＥＣＵ５０からは、インジェクタ３２への駆動信号や吸気バルブ３４・排気バルブ３５の開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構７２への制御信号、点火プラグ３３に放電電圧を印加するイグニッションコイル７４への制御信号などが出力される。なお、運転者の操作に基づく要求動力をエンジン３０から出力するために、エンジンＥＣＵ５０には、シフトレバー６２のポジションを検出するシフトポジションセンサ６３からのシフトポジションやアクセルペダル６４のポジションを検出するアクセルペダルポジションセンサ６５からのアクセルペダルポジション、ブレーキペダル６６が踏み込まれているか否かを検出するブレーキポジションセンサ６７からのオンオフ信号も入力される。

ハイブリッドＥＣＵ６０は、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサにより構成されており、図示しないがＣＰＵの他に処理プログラムやデータなどを記憶するＲＯＭや一時的にデータを記憶するＲＡＭや入出力ポート、通信ポートを備えている。ハイブリッドＥＣＵ６０には、モータジェネレータ４０に取り付けられた図示しない回転数センサや温度センサからのモータ回転数やモータ温度、インバータ４２内の取り付けられた図示しない電流センサからのモータジェネレータ４０への相電流、バッテリ４４に取り付けられた図示しない温度センサからのバッテリ温度、バッテリ４４の出力端子近傍に取り付けられた図示しない電圧センサや電流センサからの端子間電圧や充放電電流などが入力ポートを介して入力されており、ハイブリッドＥＣＵ６０からは、モータジェネレータ４０を駆動制御するためのインバータ４２へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、ハイブリッドＥＣＵ６０は、通信ポートを介してエンジンＥＣＵ５０と接続されており、必要に応じてエンジンＥＣＵ５０からエンジン３０の状態に関するデータを受信すると共にエンジンＥＣＵ５０に制御信号を送信する。

次に、本実施形態のハイブリッド自動車２０の動作、特にアイドルストップ制御に伴う動作について以下に説明する。このハイブリッド自動車２０では、アイドル停車時にアクセルペダル６４が踏み込まれていないアクセルＯＦＦであると共にブレーキペダル６６が踏み込まれているブレーキＯＮの状態でエンジン回転数Ｎｅが所定の低速回転数以下であるなどの所定の停止条件が成立したときにエンジン３０を自動停止し、その後ブレーキＯＦＦとされると共にアクセルＯＮされるなどの所定の始動条件が成立したときにモータジェネレータ４０によりエンジン３０が自動再始動されるアイドルストップ制御が行われる。以下には、このアイドルストップ制御で行われる自動停止制御ルーチンと自動再始動ルーチンについて説明する。

まず、自動停止制御ルーチンについて説明する。図３はこのルーチンのフローチャートである。このルーチンは、エンジン運転中、所定タイミングごと（例えば数ｍｓｅｃごと）にハイブリッドＥＣＵ６０によって実行される。このルーチンが開始されると、ハイブリッドＥＣＵ６０は、アクセルペダルポジションセンサ６５からのアクセルポジションがアクセルＯＦＦでありブレーキポジションセンサ６７からのブレーキペダルポジションがブレーキＯＮであってエンジン回転数Ｎｅが所定の低速回転数以下という停止条件が揃ったか否かを判定する（ステップＳ１００）。ここで、エンジン回転数Ｎｅはクランク角センサ６８から出力されるパルスの時間間隔に基づいて算出される。なお、アクセルペダルポジションセンサ６５、ブレーキポジションセンサ６７、クランク角センサ６８から出力される信号は、エンジンＥＣＵ５０を介してハイブリッドＥＣＵ６０へ入力される。また、所定の低速回転数は本実施形態では通常のアイドリング回転数をわずかに上回る数値に設定されている。

ステップＳ１００で前出の停止条件が揃っていないときには、そのまま本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ１００で停止条件が揃ったときには、エンジン３０の各気筒３１のインジェクタ３２への通電を停止すると共に点火プラグ３３への通電を停止するようエンジンＥＣＵ５０に指令する（ステップＳ１１０）。この結果、エンジン３０の各気筒３１の点火及び燃料噴射が停止するため、エンジン３０はクランクシャフト３９を回転させるトルクを発生しなくなる。このため、クランクシャフト３９は慣性力のみで回転する。この慣性力は、圧縮行程の気筒で発生するガス圧縮力などによって減衰されるため、クランクシャフト３９の回転は停止に向けて収束する。

続いて、ハイブリッドＥＣＵ６０は、エンジン回転数Ｎｅが予め定めたしきい値Ｎｔｈ以下になったか否かを判定し（ステップＳ１２０）、ＮｅがＮｔｈ以下になっていないときにはそのまま待機し、ＮｅがＮｔｈ以下になったときには、予め定めた特定気筒（ここでは３番気筒とする）が吸気行程の直前のタイミングに至ったか否かを判定する（ステップＳ１３０）。ここで、しきい値Ｎｔｈは、慣性力で回転しているクランクシャフト３９を強制的に停止させたとしてもドライバビリティが悪化しないエンジン回転数を予め実験的に求めた値である。ただし、クランクシャフト３９は、Ｎｅがしきい値Ｎｔｈ以下になったあと少なくとも２〜３サイクルは回転するものとする。また、特定気筒が吸気行程の直前のタイミングに至ったか否かの判定は、クランク角センサ６８から出力されるパルスとカム角センサ６９から出力されるパルスに基づいて行われる。本実施形態では、カム角センサ６９は１番気筒が膨張行程に入いるごとにパルスを出力するように設定され、クランク角センサ６８はクランクシャフト３９が所定角度回転するごとにパルスを出力するように設定されている。このため、カム角センサ６９からパルスが出力されるごとにクランク角をゼロにリセットしつつ、クランク角センサ６８からパルスが出力されるごとにクランク角を所定角度ずつ進めることにより、クランク角を０〜７２０°の範囲で算出することができる。そして、このように算出したクランク角を、図２に示すクランク角ＣＡと各気筒の行程との対応関係に照らすことにより、どの気筒がどの行程にあるのかを判別することができる。本実施形態では特定気筒が３番気筒であるから図２に示すようにクランク角が５４０°になったときに吸気行程に入いることになり、吸気行程の直前のタイミングは５４０°−αとなる。なお、クランク角センサ６８やカム角センサ６９から出力される信号は、エンジンＥＣＵ５０を介してハイブリッドＥＣＵ６０へ入力される。

そして、ステップＳ１３０で特定気筒が吸気行程の直前のタイミングに至っていないときにはそのまま待機し、特定気筒が吸気行程の直前のタイミングに至ったときにはその特定気筒のインジェクタ３２に通電して燃料を噴射するようエンジンＥＣＵ５０へ指令する（ステップＳ１４０）。この結果、インジェクタ３２から噴射された燃料が吸気ポート３６内の空気と混合して混合気となり、その混合気は吸気バルブ３４が開いたときに特定気筒の燃焼室３７へ吸入される。続いて、この特定気筒が膨張行程に至ったか否かをクランク角に基づいて判定する（ステップＳ１５０）。本実施形態では特定気筒が３番気筒であるから図２に示すようにクランク角が１８０°になったときに膨張行程に入ることになる。そして、ステップＳ１５０で特定気筒が膨張行程に至っていないときにはそのまま待機し、特定気筒が膨張行程に至ったときにはモータジェネレータ４０をジェネレータとして作用させることによりクランクシャフト３９にフリクションを与えてクランクシャフト３９を強制的に停止させる（ステップＳ１６０）。その後、ハイブリッドＥＣＵ６０は、今回の特定気筒を識別する情報を図示しないバックアップＲＡＭに保存し（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。これにより、アイドルストップ制御において、エンジン３０が停止した時に膨張行程で停止する気筒を特定気筒とすることができ、その特定気筒内に未燃焼の混合気を吸入しておくことができる。

次に、自動再始動制御ルーチンについて説明する。図４はこのルーチンのフローチャートである。このルーチンは、自動制御ルーチン終了後、所定タイミングごと（例えば数ｍｓｅｃごと）にハイブリッドＥＣＵ６０によって実行される。このルーチンが開始されると、ハイブリッドＥＣＵ６０は、ブレーキポジションセンサ６７からのブレーキペダルポジションがブレーキＯＦＦでアクセルペダルポジションセンサ６５からのアクセルポジションがアクセルＯＮという再始動条件が揃ったか否かを判定する（ステップＳ２００）。

ステップＳ２００で前出の再始動条件が揃っていないときには、そのまま本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ２００で再始動条件が揃ったときには、ハイブリッドＥＣＵ６０は、図示しないバックアップＲＡＭから特定気筒を読み出し（ステップＳ２１０）、モータジェネレータ４０をモータとして作用させてベルト２８を介してクランクシャフト３９を逆回転させる（ステップＳ２２０）。これにより、特定気筒のピストン３８は膨張行程の初期位置である上死点ＴＤＣに戻る方向へ動き出す。続いて、クランク角が所定のクランク角に達したか否かを判定する（ステップＳ２３０）。ここで、所定のクランク角は、特定気筒のピストン３８が膨張行程の上死点ＴＤＣにあるときのクランク角としてもよいし、それよりもわずかに進角したクランク角としてもよい。本実施形態では特定気筒が３番気筒のため、所定のクランク角は膨張行程の上死点ＴＤＣである１８０°（図２参照）かそれよりわずかに進角したクランク角に設定されている。そして、ステップＳ２３０でクランク角が所定のクランク角に達していないときには、クランク角速度が実質的にゼロになったか否かをクランク角センサ６８から出力されるパルスに基づいて判定し（ステップＳ２４０）、クランク角速度が実質的にゼロになっていないときには再びステップＳ２２０に戻る。ここで、クランク角速度が実質的にゼロになったか否かを判定するのは、クランク角が所定のクランク角に達する前にピストン３８によるガス圧縮力等の抵抗によりクランクシャフト３９がそれ以上逆回転しなくなり停止することがあるからである。

ステップＳ２３０でクランク角が所定のクランク角に達したか、又はステップＳ２４０でクランク角速度が実質的にゼロになったときには、特定気筒の点火プラグ３３に放電電圧を印加してスパークを発生させる（ステップＳ２５０）。すると、特定気筒の燃焼室３７内の混合気はクランクシャフト３９を逆回転させて膨張行程の上死点ＴＤＣの付近まで戻されたことにより圧縮されているため点火プラグ３３のスパークによって確実に燃焼し、しかも圧縮点火により比較的大きな燃焼エネルギが発生するためピストン３８が下死点ＢＤＣに向かって付勢され、それに応じてクランクシャフト３９は正回転し始める。続いて、モータジェネレータ４０をモータとして作用させてベルト２８を介してクランクシャフト３９を正回転させることによりエンジン再始動をアシストし（ステップＳ２６０）、エンジン回転数Ｎｅが所定の始動回転数Ｎｓｔａｒｔに達したか否かを判定し（ステップＳ２７０）、ＮｅがＮｓｔａｒｔに達していないときには再びステップＳ２６０へ戻り、ＮｅがＮｓｔａｒｔに達したときにはモータジェネレータ４０による正回転アシストを終了し（ステップＳ２８０）、本ルーチンを終了する。なお、本ルーチン終了後は、通常の走行時の制御を実行することになる。

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のモータジェネレータ４０が本発明の回転駆動手段及びフリクション付与手段に相当し、インジェクタ３２が燃料噴射手段に相当し、点火プラグ３３が点火手段に相当し、ハイブリッドＥＣＵ６０が再始動条件判定手段及びフリクション制御手段に相当し、ハイブリッドＥＣＵ６０とエンジンＥＣＵ５０の両方が燃料噴射制御手段に相当しまた回転駆動制御手段に相当する。なお、本実施形態では、ハイブリッド自動車２０の動作を説明することにより本発明のエンジン始動制御装置の一例を明らかにすると共に本発明のエンジン始動方法の一例も明らかにしている。

以上詳述した本実施形態のハイブリッド自動車２０によれば、アイドルストップ制御におけるエンジン停止時に膨張行程で停止する特定気筒に対してエンジン停止前つまりエンジン温度が比較的高いときに燃料を吸入しておくため、エンジン再始動時にはその気筒内の燃料が十分気化しており失火のおそれが少ない。また、膨張行程で停止している特定気筒のピストンを膨張行程の初期位置である上死点ＴＤＣ又はその近傍に戻るようクランクシャフト３９をモータジェネレータ４０により逆回転させたあと点火するため、圧縮点火が実現でき、これにより失火のおそれが一層少なくなると共に、エンジン熱効率が増加し燃焼エネルギが大きくなる。このようにモータジェネレータ４０によりクランクシャフト３９を逆回転させているにもかかわらず大きな燃焼エネルギが得られるため、モータジェネレータ４０のみで再始動する場合に比べてトータル的な電気エネルギの使用量を低減化できる。

また、アイドルストップ制御では走行途中に何度もエンジン停止と再始動とを繰り返すため、低減される電気エネルギの使用量の累算値が大きくなり有利である。

更に、エンジン停止時に膨張行程で停止する特定気筒に対してエンジン停止前に燃料を噴射しておくため、吸入ポート３６に燃料を噴射するポート式を採用することが可能である。

更にまた、ステップＳ１６０においてモータジェネレータ４０がクランクシャフト３９に与えるフリクションとクランクシャフト３９の回転エネルギとの釣り合いにより、特定気筒をエンジン停止時に膨張行程で停止させることができる。

そして、燃焼エネルギだけではエンジン３０が再始動しにくいときにはモータジェネレータ４０にクランクシャフト３９を正回転させアシストすることにより確実にエンジン３０を再始動させることができる。このモータジェネレータ４０は、制動エネルギを電気エネルギに変換してバッテリ４４に蓄えておき、エンジン再始動時にその電気エネルギを利用してエンジン３０の再始動をアシストするため、エネルギを有効に利用できる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態の自動停止制御ルーチンにおいて、図５に示すようにステップＳ１１０で各気筒の点火及び燃料噴射を停止したあと、排気バルブ３５を開くタイミングを膨張行程の下死点ＢＤＣとするようエンジンＥＣＵ５０に指令し（ステップＳ１１５）、その後ステップＳ１２０へ進んでエンジン回転数Ｎｅが予め定めたしきい値Ｎｔｈ以下になったか否かを判定するようにしてもよい。なお、ステップＳ１１５で指令を受けたエンジンＥＣＵ５０は、可変バルブタイミング機構７２の図示しないアクチュエータを作動させて排気バルブ３５の開放タイミングを変更する。こうすれば、通常時には排気バルブ３５は膨張行程の下死点ＢＤＣの手前で開くが（図６の実線の矢印参照）、ステップＳ１１５では排気バルブ３５は膨張行程の下死点ＢＤＣで開くため（図６の点線の矢印参照）、膨張行程において排気バルブ３５が開くことがなく、特定気筒の燃焼室３７内に吸入された燃料が排気バルブ３５から気筒外へ出ていくことがない。この場合、ハイブリッドＥＣＵ６０及びエンジンＥＣＵ５０の両方が本発明の排気バルブ制御手段に相当する。

また、上述した実施形態のアイドルストップ制御では図３の自動停止制御ルーチンと図４の自動再始動制御ルーチンを採用したが、図７の自動停止制御ルーチンと図８の自動再始動制御ルーチンを採用してもよい。図７の自動停止制御ルーチンでは、ハイブリッドＥＣＵ６０は、ステップＳ１００〜Ｓ１２０と同様のステップＳ３００〜Ｓ３２０の処理を行ったあと、ステップＳ３２０でエンジン回転数Ｎｅがしきい値Ｎｔｈ以下になったときには、そのままエンジン３０が停止したとするとどの気筒が膨張行程で停止するか、つまりどの気筒が停止時膨張行程気筒となるかを予測する（ステップＳ３３０）。この予測方法の一例を以下に示す。まず、エンジン３０が慣性力のみで回転する状態となってからガス圧縮力などによって減衰されてエンジン回転数Ｎｅがしきい値Ｎｔｈに達したときのクランク角と、更に減衰されてエンジン３０が停止したときのクランク角との関係を予め実験的に求めてマップを作成しておく。そして、ステップＳ３２０でエンジン回転数Ｎｅがしきい値Ｎｔｈ以下になったときのクランク角を求め、そのクランク角に対応するエンジン停止時のクランク角を先ほどのマップから読み出し、図２のクランク角ＣＡと各気筒の行程との対応関係から停止時膨張行程気筒を予測することができる。そして、予測した停止時膨張行程気筒が吸気行程の直前のタイミングに至ったか否かを判定し（ステップＳ３４０）、そのタイミングに至ったときにはその気筒のインジェクタ３２に通電して燃料を噴射するようエンジンＥＣＵ５０へ指令する（ステップＳ３５０）。この結果、インジェクタ３２から噴射された燃料が吸気ポート３６内の空気と混合して混合気となり、吸気バルブ３４が開いたときに特定気筒の燃焼室３７へ吸入される。続いて、エンジン回転数Ｎｅが実質ゼロになったか否かを判定し（ステップＳ３６０）、Ｎｅが実質ゼロになったときには今回停止時膨張行程気筒として予測した気筒を識別する情報を図示しないバックアップＲＡＭに保存し（ステップＳ３７０）、本ルーチンを終了する。

一方、図８の自動再始動制御ルーチンでは、ハイブリッドＥＣＵ６０は、ステップＳ４００でステップ２００と同様の再始動条件成立の判定を行ったあと、再始動条件が成立したときにはバックアップＲＡＭから停止時膨張行程気筒を読み出し（ステップＳ４１０）、その後ステップＳ２２０〜Ｓ２８０と同様のステップＳ４２０〜Ｓ４８０を実行し、本ルーチンを終了する。ただし、ステップ４２０〜Ｓ４８０ではステップＳ２２０〜Ｓ２８０の特定気筒を停止時膨張行程気筒に置き換えて制御を実行するものとする。こうすれば、エンジン停止時に膨張行程で停止する気筒をエンジン停止前に予測するため、エンジン停止前にその気筒に燃料を噴射しておくことができ、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、この場合、ハイブリッドＥＣＵ６０が停止予測手段に相当する。

あるいは、図９の自動停止制御ルーチンと図１０の自動再始動制御ルーチンを採用してもよい。図９の自動停止制御ルーチンでは、ステップＳ１００〜Ｓ１２０と同様のステップＳ５００〜Ｓ５２０の処理を行ったあと、ステップＳ５２０でエンジン回転数Ｎｅがしきい値Ｎｔｈ以下になったときには、第１特定気筒（ここでは３番気筒）が吸気行程の直前のタイミングに至ったか否かを判定し（ステップＳ５３０）、そのタイミングに至ったときには第１特定気筒のインジェクタ３２に通電して燃料を噴射するようエンジンＥＣＵ５０に指令し（ステップＳ５４０）、続いて第２特定気筒（ここでは４番気筒、第１特定気筒が膨張行程のとき圧縮行程にある気筒）が吸気行程の直前のタイミングに至ったか否かを判定し（ステップＳ５５０）、そのタイミングに至ったときには第２特定気筒のインジェクタ３２に通電して燃料を噴射するようエンジンＥＣＵ５０に指令する（ステップＳ５６０）。この結果、第１及び第２特定気筒の各々において、インジェクタ３２から噴射された燃料が吸気ポート３６内の空気と混合して混合気となり、吸気バルブ３４が開いたときに燃焼室３７へ吸入される。続いて、第１特定気筒が膨張行程に至ったか否かを判定し（ステップＳ５７０）、第１特定気筒が膨張行程に至ったときにはクランクシャフト３９を強制的に停止させ（ステップＳ５８０）、今回の第１及び第２特定気筒を識別する情報を図示しないバックアップＲＡＭに保存し（ステップＳ５９０）、本ルーチンを終了する。これにより、エンジン３０が停止した時に膨張行程で停止する気筒を第１特定気筒、圧縮行程で停止する気筒を第２特定気筒とすることができ、第１及び第２特定気筒内に未燃焼の混合気を吸入しておくことができる。

一方、図１０の自動再始動制御ルーチンでは、ハイブリッドＥＣＵ６０は、ステップ６００でステップＳ２００と同様の再始動条件成立の判定を行ったあと、再始動条件が成立したときにはバックアップＲＡＭから第１及び第２特定気筒を読み出し（ステップＳ６１０）、その後ステップＳ２２０〜Ｓ２７０と同様のステップＳ６２０〜Ｓ６７０を実行する。ただし、ステップ６２０〜Ｓ６７０ではステップＳ２２０〜Ｓ２７０の特定気筒を第１特定気筒に置き換えて制御を実行するものとする。そして、ステップＳ６７０でエンジン回転数Ｎｅが所定の始動回転数Ｎｓｔａｒｔに達していないとき、第２特定気筒の点火タイミングか否かを判定し（ステップＳ６７２）、第２特定気筒の点火タイミングでないときには再びステップＳ６６０へ戻り、第２特定気筒の点火タイミングのときには第２特定気筒の点火プラグ３３に放電電圧を印加してこの気筒内の混合気を燃焼させ（ステップＳ６７４）、その後ステップＳ６６０に戻る。一方、ステップＳ６７０でエンジン回転数Ｎｅが所定の始動回転数Ｎｓｔａｒｔに達したときには、モータジェネレータ４０による正回転アシストを終了し（ステップＳ６８０）、本ルーチンを終了する。こうすれば、エンジン再始動条件が成立したとき、まず膨張行程で停止している第１特定気筒のピストン３８を膨張行程の初期位置である上死点ＴＤＣ又はその近傍に戻してからその気筒内の混合気に点火して燃焼エネルギを得たあと、エンジン停止時に圧縮行程で停止していた第２特定気筒が膨張行程へ移行するが、その気筒内にも燃料が吸入されているため点火による燃焼エネルギが得られることになり、スムーズにエンジンの再始動が行われる。なお、予め第１及び第２特定気筒を定めておく代わりに、図７及び図８のフローチャートに示したように停止時膨張行程気筒を予測してもよい。この場合、停止時圧縮行程気筒は停止時膨張行程気筒が決まれば一義的に決まる（図２参照）。

更に、上述した実施形態では、モータジェネレータ４０のＭＧ側プーリ２６とエンジン３０のクランクシャフト３９に接続されたエンジン側プーリ２４との間のエネルギ伝達をベルト２８を介して行ったが、モータジェネレータ４０とクランクシャフト３９との間のエネルギ伝達をギヤを介して行ってもよい。

更にまた、上述した実施形態では、クランク角センサ６８としてＭＲＥ回転センサを採用したが、クランクシャフト３９に取り付けられたマグネットロータに対向する位置にホール素子を配置して磁束密度変化を電圧変化に変換する磁電変換式センサを採用してもよいし、発光ダイオードとフォトトランジスタとを対向させその間をスリットを切った円盤が回転することによりクランク角を検出する光電式センサを採用してもよいし、クランクシャフト３９と一体となって回転する歯車の歯がコイルのコアに接近するごとにパルスを出力する電磁誘導ピックアップ式センサを採用してもよい。ただし、クランクシャフト３９の低速回転時においても良好な出力が得られることを考慮するとＭＲＥ回転センサや磁電変換式センサ、光電式センサが好ましい。なお、エンジン側プーリ２４とＭＧ側プーリ２６に架け渡されたベルト２８にスベリが発生しないならばモータジェネレータ４０に取り付けた回転数センサからの出力に基づいてクランク角を算出してもよい。この場合の回転数センサとしてはＭＲＥ回転センサや磁電変換式センサ、光電式センサが好ましい。

そして、上述した実施形態では、特定気筒を３番気筒として説明したが、アイドルストップ制御が実行されるごとに特定気筒を順次変更してもよい。特定気筒をある気筒に固定した場合にはアイドルストップ制御を繰り返すにつれてその気筒の状態が他の気筒と異なってくるおそれがあるのに対し、特定気筒を順次変更する場合にはそのようなおそれが少ない。

そしてまた、上述した実施形態では、４気筒エンジンを例に挙げて説明したが、他の多気筒エンジンにおいても同様にして本発明を適用することができる。例えば、６気筒エンジンでは、タイミングによっては二つの気筒が膨張行程に入ることがあるが、その場合には先に膨張行程に入る気筒に対して上述した実施形態と同様の処理を実行する。

そして更に、上述した実施形態では、自動再始動制御ルーチンにおいてモータジェネレータ４０による正回転アシストを行うようにしたが、このようなアシストを省略してもよいし、あるいは、エンジン停止時に膨張行程で停止していた気筒の混合気を圧縮点火してから所定時間経過してもエンジン回転数Ｎｅが所定の始動回転数Ｎｓｔａｒｔに達しなかったときにアシストするようにしてもよい。

そして更にまた、上述した実施形態では、ハイブリッド自動車２０に本発明を適用した場合を例示したが、モータジェネレータ４０の動力を車両駆動軸に伝達させない構成の単なるアイドルストップ機能付き車両に本発明を適用してもよいことはいうまでもない。

ハイブリッド自動車の構成の概略を示す説明図である。 クランク角ＣＡと各気筒の行程との対応関係を表す説明図である。 自動停止制御ルーチンのフローチャートである。 自動再始動制御ルーチンのフローチャートである。 自動停止制御ルーチンの変形例のフローチャートである。 排気バルブの開弁時期を表す説明図である。 他の実施形態の自動停止制御ルーチンのフローチャートである。 他の実施形態の自動再始動制御ルーチンのフローチャートである。 他の実施形態の自動停止制御ルーチンのフローチャートである。 他の実施形態の自動再始動制御ルーチンのフローチャートである。

符号の説明

２０…ハイブリッド自動車、２２…吸気通路、２４…エンジン側プーリ、２６…ＭＧ側プーリ、２８…ベルト、３０…エンジン、３１…気筒、３２…インジェクタ、３３…点火プラグ、３４…吸気バルブ、３５…排気バルブ、３６…吸入ポート、３７…燃焼室、３８…ピストン、３９…クランクシャフト、４０…モータジェネレータ、４２…インバータ、４４…バッテリ、５０…エンジンＥＣＵ、５２…デファレンシャルギヤ、５４ａ，５４ｂ…駆動輪、５６…オートマチックトランスミッション、６０…ハイブリッドＥＣＵ、６２…シフトレバー、６３…シフトポジションセンサ、６４…アクセルペダル、６５…アクセルペダルポジションセンサ、６６…ブレーキペダル、６７…ブレーキポジションセンサ、６８…クランク角センサ、６９…カム角センサ、７２…可変バルブタイミング機構、７４…イグニッションコイル。

Claims (12)

1. エンジンのクランクシャフトを回転させる回転駆動手段と、
   前記エンジンの各気筒に燃料を噴射する燃料噴射手段と、
   前記エンジンの各気筒内の混合気に点火する点火手段と、
   前記エンジンが停止した時に膨張行程で停止する気筒に対して前記エンジンが停止する前に前記燃料噴射手段に燃料を噴射させる燃料噴射制御手段と、
   前記エンジンが停止している間にエンジン再始動条件が成立したか否かを判定する再始動条件判定手段と、
   前記再始動条件判定手段によってエンジン再始動条件が成立したと判定されたとき膨張行程で停止している気筒のピストンが膨張行程の初期位置又はその近傍に戻るよう前記回転駆動手段に前記クランクシャフトを逆回転させる回転駆動制御手段と、
   前記膨張行程の初期位置又はその近傍にピストンが戻された気筒内の混合気に点火するよう前記点火手段を制御する点火制御手段と、
   を備えたエンジン始動制御装置。
2. 前記燃料噴射制御手段は、アイドルストップ制御によって前記エンジンが停止した時に膨張行程で停止する気筒に対して前記エンジンが停止する前に前記燃料噴射手段に燃料を噴射させ、
   前記再始動条件判定手段は、前記アイドルストップ制御によってエンジンが停止している間にエンジン再始動条件が成立したか否かを判定する、
   請求項１記載のエンジン始動制御装置。
3. 前記燃料噴射手段は、前記エンジンの各気筒の吸入ポートに燃料を噴射する、
   請求項１又は２記載のエンジン始動制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか記載のエンジン始動制御装置であって、
   前記エンジンが停止した時に膨張行程で停止する気筒の排気バルブを閉じるよう制御する排気バルブ制御手段、
   を備えたエンジン始動制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか記載のエンジン始動制御装置であって、
   前記クランクシャフトにフリクションを与えるフリクション付与手段と、
   前記エンジンが停止した時に所望の気筒が膨張行程で停止するよう前記フリクション付与手段による前記クランクシャフトへのフリクションを制御するフリクション制御手段と、
   を備えたエンジン始動制御装置。
6. 請求項１〜４のいずれか記載のエンジン始動制御装置であって、
   前記エンジンが停止する前にそのままエンジンが停止したとするとどの気筒が膨張行程で停止するかを予測する停止予測手段、
   を備え、
   前記燃料噴射制御手段は、前記停止予測手段によって膨張行程で停止すると予測された気筒に対して前記エンジンが停止する前に前記燃料噴射手段に燃料を噴射させる、
   エンジン始動制御装置。
7. 前記燃料噴射制御手段は、前記エンジンが停止する時に圧縮行程で停止する気筒に対しても前記エンジンが停止する前に前記燃料噴射手段に燃料を噴射させ、
   前記点火制御手段は、前記エンジンが停止する時に圧縮行程で停止していた気筒が膨張行程へ移行する手前で該気筒内の混合気に点火するよう前記点火手段を制御する、
   請求項１〜６のいずれか記載のエンジン始動制御装置。
8. 前記回転駆動制御手段は、前記膨張行程の初期位置又はその近傍にピストンが戻された気筒内の混合気が点火されたあと、前記クランクシャフトの回転数が予め定めた所定回転数に達するまで前記回転駆動手段を正回転させる、
   請求項１〜７のいずれか記載のエンジン始動制御装置。
9. 前記回転駆動手段は、前記エンジンのスタータモータである、
   請求項１〜８のいずれか記載のエンジン始動制御装置。
10. 前記回転駆動手段は、前記クランクシャフトの回転エネルギを電気エネルギに変換してバッテリに蓄える機能と前記バッテリの電気エネルギを前記クランクシャフトの回転エネルギに変換する機能を備えたモータジェネレータである、
    請求項１〜９のいずれか記載のエンジン始動制御装置。
11. （ａ）エンジンが停止する時に膨張行程で停止する気筒に対して前記エンジンが停止する前に燃料を噴射するステップと、
    （ｂ）前記エンジンの停止している間にエンジン再始動条件が成立したか否かを判定するステップと、
    （ｃ）前記ステップ（ｂ）でエンジン再始動条件が成立したと判定されたとき膨張行程で停止している気筒のピストンが膨張行程の初期位置又はその近傍に戻すステップと、
    （ｄ）前記膨張行程の初期位置又はその近傍にピストンが戻された気筒内の混合気に点火するステップと、
    を含むエンジン始動方法。
12. 請求項１〜１０のいずれか記載のエンジン始動制御装置を搭載した車両。

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