JP2007327364A - 内燃機関の停止位置制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、内燃機関の運転停止時にクランクシャフトを所望の目標クランク角度範囲に停止させる内燃機関の停止位置制御システムにおいて、圧縮反力の大きさを最適化することにより、停止位置制御の精度を向上させることを課題とする。
【解決手段】本発明は、内燃機関の停止位置制御が行われる時にスロットル弁の開度を所望の目標開度に制御する内燃機関の停止位置制御システムにおいて、停止位置制御の実行時に内燃機関へ吸入される空気の密度を検出し、検出された密度が高くなるほど前記目標開度が小さくなるように補正するとともに、検出された密度が低くなるほど前記目標開度が大きくなるように補正することにより、如何なる使用環境下においても圧縮反力の大きさが略一定となるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の運転停止時にクランクシャフトを所望の位置で停止させる技術に関する。

近年、車両等に搭載される内燃機関の再始動性を高めるために、クランクシャフトを所望の目標クランク角度範囲に停止させようとする技術の開発が進められている。この種の技術では、内燃機関の運転停止時に吸気の圧縮反力が大きくなると、振動の増加やクランクシャフトの停止位置のばらつき等を生じる可能性があった。

これに対し、内燃機関の運転停止時にスロットル弁の開度を絞ることにより、圧縮反力を極力小さくする技術も提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２０００−２５７４５８号公報 欧州特許出願公開第１３６７２４６号明細書

ところで、圧縮反力の大きさは内燃機関に吸入される空気の密度（以下、「吸気密度」と称する）に応じて変化する。しかしながら、従来の技術では吸気密度を考慮せずにスロットル弁の開度が決定されるため、圧縮反力の大きさが過大又は過小となる場合がある。圧縮反力の大きさが過大又は過小になると、クランクシャフトが目標クランク角度範囲内に停止しなくなる可能性もある。

本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の運転停止時にクランクシャフトを所望の目標クランク角度範囲に停止させる内燃機関の停止位置制御システムにおいて、圧縮反力の大きさを最適化することにより、停止位置制御の精度を向上させることにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関の停止位置制御が行われる時にスロットル弁の開度を所望の目標開度に制御する内燃機関の停止位置制御システムにおいて、吸気密度に応じて前記目標開度を補正することにより、圧縮反力の大きさが想定外の大きさになることを抑制する。

詳細には、本発明は、内燃機関のクランクシャフトを目標クランク角度範囲に停止させる停止位置制御が行われる時にスロットル弁の開度を所定の目標開度に制御する内燃機関の停止位置制御システムにおいて、前記内燃機関へ吸入される空気の密度を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された密度に応じて前記目標開度を補正する補正手段と、を備えるようにした。

内燃機関の燃焼が停止されてからクランクシャフトの回転が停止するまでの期間において、スロットル弁の開度が変動すると、吸気管負圧や圧縮反力が不安定となるため、クランクシャフトの停止位置が目標クランク角度範囲から逸脱する可能性がある。

このため、上記の期間ではスロットル弁の開度が所定の目標開度に固定されることが好ましい。ところで、内燃機関の使用環境は多岐に及ぶため、前記目標開度が不適切となる場合がある。

例えば、内燃機関が標高の高い場所又は高温下で使用される場合と内燃機関が標高の低い場所又は低温下で使用される場合とでは吸気密度が異なるため、それらの場合の目標開度が同等に設定されると、圧縮反力の大きさが過大又は過小となる可能性がある。

これに対し、吸気密度に応じて目標開度が補正されると、如何なる使用環境下においても圧縮反力を略一定にすることができるため、クランクシャフトが目標クランク角度範囲内に停止する確率を高めることができる。

本発明において、補正手段は、検出手段により検出された吸気密度が高くなるほどスロットル弁の目標開度が小さくなるように補正し、検出手段により検出された吸気密度が低くなるほどスロットル弁の目標開度が大きくなるように補正するようにしてもよい。

上記した圧縮反力の大きさは、内燃機関に吸入される空気の質量（以下、単に「吸入空気量」と記す）が多くなるほど大きくなるとともに、内燃機関の吸入空気量が少なくなるほど小さくなる。また、内燃機関の吸入空気量は、吸気密度が高くなるほど多くなるとともに、吸気密度が低くなるほど少なくなる。

よって、検出手段により検出された吸気密度が高くなるほどスロットル弁の開度の目標開度が小さくされると、吸入空気量の不要な増加が抑制されるため、圧縮反力が過大になることが抑制される。

一方、検出手段により検出された吸気密度が低くなるほどスロットル弁の開度の目標開度が大きくされると、吸入空気量の不要な減少が抑制されるため、圧縮反力が過小になることが抑制される。

尚、本発明に係る検出手段は、吸気密度に相関する物理量として、大気圧及び吸気温度を検出するようにしてもよい。この場合、補正手段は、検出手段により検出された大気圧が高く且つ吸気温度が低くなるほどスロットル弁の目標開度が小さくなるような補正を行い、検出手段により検出された大気圧が低く且つ吸気温度が高くなるほどスロットル弁の目標開度が大きくなるような補正を行えばよい。

本発明によれば、内燃機関の運転停止時にクランクシャフトを所望の目標クランク角度範囲に停止させる内燃機関の停止位置制御システムにおいて、吸気の圧縮反力を最適な大きさにすることができるため、停止位置制御の精度を向上させることができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。

図１に示す内燃機関は、複数の気筒２を有する４ストロークサイクルの火花点火式内燃機関（ガソリンエンジン）である。内燃機関１の気筒２には、吸気通路３と排気通路４が連通している。

吸気通路３には、気筒２内へ向かって燃料を噴射する燃料噴射弁５が設けられている。更に、吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する空気量を制御するスロットル弁６が設けられている。スロットル弁６より上流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する空気の温度（吸気温度）に対応した電気信号を出力する吸気温度センサ７と、該吸気通路３内を流通する吸気の圧力（大気圧力）に対応した電気信号を出力する大気圧センサ１８が
設けられている。

また、内燃機関１には、気筒２内に臨む吸気通路３の開口端を開閉する吸気弁８と、気筒２内に臨む排気通路４の開口端を開閉する排気弁９が設けられている。これら吸気弁８と排気弁９は、吸気側カムシャフト１０と排気側カムシャフト１１によりそれぞれ開閉駆動される。

気筒２の上部には、該気筒２内に流入した混合気に点火する点火プラグ１２が配置されている。また、気筒２内にはピストン１３が摺動自在に設けられている。ピストン１３はコンロッド１４を介してクランクシャフト１５と接続されている。クランクシャフト１５近傍の内燃機関１には、該クランクシャフト１５の回転角度を検出するクランクポジションセンサ１６が配置されている。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１７が併設されている。ＥＣＵ１７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えた電子制御ユニットである。このＥＣＵ１７には、前述した吸気温度センサ７、大気圧センサ１８、及びクランクポジションセンサ１６などの各種センサの測定値が入力されるようになっている。

ＥＣＵ１７は、前記した各種センサの測定値に基づいて燃料噴射弁５、スロットル弁６、点火プラグ１２を制御する。例えば、ＥＣＵ１７は、内燃機関１の運転停止条件が成立した時に、クランクシャフト１５を所望の目標クランク角度範囲に停止させるための停止位置制御を行う。

以下、本実施例における停止位置制御について述べる。

クランクシャフト１５の停止位置は、内燃機関１の燃焼停止時にクランクシャフト１５が有している慣性エネルギの大きさに応じて定まる。前記慣性エネルギの大きさは、燃焼停止時の機関回転数（以下、「燃焼停止回転数」と称する）に相関する。このため、クランクシャフト１５の停止位置は燃焼停止回転数と相関すると言える。

よって、機関回転数が特定の範囲にある時に内燃機関１の燃焼が停止されると、クランクシャフト１５は略一定のクランク角度範囲で停止するようになる。

そこで、ＥＣＵ１７は、内燃機関１の運転停止条件が成立した場合には、機関回転数を所定の燃焼停止回転数域に収束させた上で内燃機関１の燃焼を停止させる。具体的には、ＥＣＵ１７は、図２に示すように、内燃機関１の運転停止条件が成立した時（図２中のｔ１）に、機関回転数を所定の燃焼停止回転数域Ａに収束させるべく回転数制御を開始する。

回転数制御の実施方法としては、スロットル弁６の開度を調整することにより機関回転数を燃焼停止回転数域Ａに収束させる方法や、点火プラグ１２の点火時期を調整することにより機関回転数を燃焼停止回転数域Ａに収束させる方法を例示することができる。

上記した方法により機関回転数が燃焼停止回転数域Ａに収束すると（図２中のｔ２）、ＥＣＵ１７は、燃料噴射弁５及び点火プラグ１２の作動を停止することにより、内燃機関１の燃焼を停止させる。

ところで、内燃機関１の燃焼停止後にスロットル弁６の開度が変動すると、クランクシャフト１５の回転抵抗（クランクシャフトの回転に抗する力）の大きさが変動するため、クランクシャフト１５の停止位置が目標クランク角度範囲から逸脱する可能性がある。

このため、内燃機関１の燃焼停止後は、スロットル弁６の開度が所定の目標開度に固定されることが好ましい。更に、前記した目標開度は、可能な限り小さな開度であることが好ましい。これは、内燃機関１の燃焼停止後にスロットル弁６の開度が比較的大きくされると、吸気の圧縮反力が増大することにより、内燃機関１の振動が増加するとともにクランクシャフト１５の停止位置が目標クランク角度範囲から逸脱する可能性があるからである。

尚、上記した圧縮反力の大きさは、スロットル弁６の開度が同等であっても内燃機関１の使用環境に応じて変化する。例えば、内燃機関１が標高の高い場所や高温下で使用される場合には、吸気密度が低くなるため、圧縮反力が小さくなる。一方、内燃機関１が標高の低い場所や低温下で使用される場合には、吸気密度が高くなるため、圧縮反力が大きくなる。

従って、内燃機関１が標高の高い場所や高温下で使用される場合と内燃機関１が標高の低い場所や低温下で使用される場合とにおいて前記した目標開度の大きさが同等に設定されると、圧縮反力の大きさが過大又は過小となる可能性がある。

そこで、本実施例の停止位置制御では、ＥＣＵ１７は、内燃機関１の燃焼停止後におけるスロットル弁６の目標開度を吸気密度に応じて補正するようにした。尚、吸気密度は大気圧と吸気温度に相関するため、ＥＣＵ１７は吸気温度センサ７の測定値（吸気温度）と大気圧センサ１８の測定値（大気圧）とに基づいて前記目標開度を補正する。

図３は、吸気温度と大気圧とスロットル弁６の目標開度との関係を規定したマップを示している。吸気密度は、吸気温度が低く且つ大気圧が高くなるほど上昇するとともに、吸気温度が高く且つ大気圧が低くなるほど低下する。このため、図３のマップでは、スロットル弁６の目標開度は、吸気温度が低く且つ大気圧が高くなるほど小さくなるとともに、吸気温度が高く且つ大気圧が低くなるほど大きくなるように設定されている。

内燃機関１の燃焼停止後におけるスロットル弁６の目標開度が上記したように決定されると、内燃機関１が如何なる環境下で使用される場合であっても圧縮反力を略一定にすることができる。その結果、クランクシャフト１５が目標クランク角度範囲内に停止する確率が高くなる。

次に、本実施例の停止位置制御の流れについて図４に沿って説明する。図４は、本実施例における停止位置制御ルーチンを示すフローチャートである。停止位置制御ルーチンは、予めＥＣＵ１７のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１７によって所定期間毎に繰り返し実行される。

図４の停止位置制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１７は、先ずＳ１０１で内燃機関１の運転停止条件が成立しているか否かを判別する。内燃機関１の運転停止条件としては、手動停止条件（手動によるイグニッションスイッチのオフ操作）やアイドルストップ条件の成立を例示することができる。

前記Ｓ１０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ１７は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、前記Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１７はＳ１０２へ進む。

Ｓ１０２では、ＥＣＵ１７は、大気圧センサ１８の測定値（大気圧）を読み込む。次いで、ＥＣＵ１７は、Ｓ１０３において吸気温度センサ７の測定値（吸気温度）を読み込む
。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ１７は、スロットル弁６の目標開度θｔｈを演算する。具体的には、ＥＣＵ１７は、前記Ｓ１０２で読み込んだ大気圧、前記Ｓ１０３で読み込んだ吸気温度、及び前記図２のマップに基づいて目標開度θｔｈを演算する。

Ｓ１０５では、ＥＣＵ１７は、機関回転数を燃焼停止回転数域Ａに収束させるべく回転数制御の実行を開始する。

Ｓ１０６では、ＥＣＵ１７は、機関回転数Ｎｅが燃焼停止回転数域Ａに収束しているか否かを判別する。具体的には、ＥＣＵ１７は、機関回転数Ｎｅが燃焼停止回転数域Ａの下限値Ｎｅｍｉｎ以上且つ上限値Ｎｅｍａｘ以下であるか否かを判別する。

前記Ｓ１０６において否定判定された場合は、ＥＣＵ１７は、Ｓ１０９へ進み、スロットル開度をアイドル運転時の開度θｉｄｌに制御する。尚、回転数制御がスロットル弁６の開度調整により行われている場合には、ＥＣＵ１７は、回転数制御において決定された開度に基づいてスロットル弁６を制御する。

前記Ｓ１０６において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１７は、Ｓ１０７へ進む。Ｓ１０７では、ＥＣＵ１７は、燃料噴射弁５及び点火プラグ１２の作動を停止することにより内燃機関１の燃焼を停止させる。

Ｓ１０８では、ＥＣＵ１７は、スロットル弁６の開度が前記Ｓ１０４で算出された目標開度θｔｈとなるようにスロットル弁６を制御する。

このようにＥＣＵ１７が図４の停止位置制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る検出手段及び補正手段が実現される。

従って、本実施例の停止位置制御によれば、内燃機関１が如何なる環境において使用される場合であっても、該内燃機関１の燃焼停止後における圧縮反力の大きさが略一定となる。その結果、クランクシャフト１５が目標クランク角度範囲内で停止する確率を高めることが可能となる。

本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。 停止位置制御実行時の機関回転数の挙動を示す図である。 大気圧と吸気温度とスロットル弁の開度との関係を規定したマップを示す図である。 本実施例における停止位置制御ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１・・・・・内燃機関
２・・・・・気筒
６・・・・・スロットル弁
７・・・・・吸気温度センサ
１２・・・・点火プラグ
１５・・・・クランクシャフト
１６・・・・クランクポジションセンサ
１７・・・・ＥＣＵ
１８・・・・大気圧センサ

Claims (2)

1. 内燃機関のクランクシャフトを目標クランク角度範囲に停止させる停止位置制御が行われる時にスロットル弁の開度を所定の目標開度に制御する内燃機関の停止位置制御システムにおいて、
   前記内燃機関へ吸入される空気の密度を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された密度に応じて前記目標開度を補正する補正手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の停止位置制御システム。
2. 請求項１において、前記補正手段は、前記検出手段により検出された密度が高くなるほど前記目標開度が小さくなるように補正し、前記検出手段により検出された密度が低くなるほど前記目標開度が大きくなるように補正することを特徴とする内燃機関の停止位置制御システム。

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