特許第5834689号(P5834689)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5834689
(24)【登録日】2015年11月13日
(45)【発行日】2015年12月24日
(54)【発明の名称】圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置
(51)【国際特許分類】
   F02D 29/02 20060101AFI20151203BHJP
   F02D 41/06 20060101ALI20151203BHJP
【FI】
   F02D29/02 321B
   F02D29/02 321A
   F02D41/06 385Z
【請求項の数】3
【全頁数】18
(21)【出願番号】特願2011-207460(P2011-207460)
(22)【出願日】2011年9月22日
(65)【公開番号】特開2013-68165(P2013-68165A)
(43)【公開日】2013年4月18日
【審査請求日】2014年3月26日
(73)【特許権者】
【識別番号】000003137
【氏名又は名称】マツダ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100067828
【弁理士】
【氏名又は名称】小谷 悦司
(74)【代理人】
【識別番号】100115381
【弁理士】
【氏名又は名称】小谷 昌崇
(74)【代理人】
【識別番号】100133916
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 興
(72)【発明者】
【氏名】中本 仁寿
(72)【発明者】
【氏名】山内 健生
(72)【発明者】
【氏名】田賀 淳一
【審査官】 藤村 泰智
(56)【参考文献】
【文献】 特開2009−062960(JP,A)
【文献】 特開2009−062961(JP,A)
【文献】 特開2010−084660(JP,A)
【文献】 特開2009−209775(JP,A)
【文献】 特開2006−046213(JP,A)
【文献】 特開2010−190146(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F02D 29/00 〜 29/02
F02D 41/00 〜 45/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
気筒内に噴射された燃料を自己着火により燃焼させる圧縮自己着火式エンジンに設けられ、所定の自動停止条件が成立したときに上記エンジンを自動停止させるとともに、その後所定の再始動条件が成立したときに、エンジンの停止時に圧縮行程にある停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が相対的に下死点寄りに設定された基準停止位置範囲内にある場合は、スタータモータを用いて上記エンジンに回転力を付与しつつ、上記停止時圧縮行程気筒に燃料噴射を実行することにより、上記エンジンを再始動させることができる圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置であって、
エンジンを再始動させる際に、上記停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が上記基準停止位置範囲内にある場合であっても、成立した再始動条件が運転者の要求によらないときは、エンジンの停止時に吸気行程にある停止時吸気行程気筒が圧縮行程を迎えたときに該気筒に燃料を噴射することによりエンジンを再始動させ、成立した再始動条件が運転者の要求によるときは、上記停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射することによりエンジンを再始動させる制御手段を備えることを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置。
【請求項2】
請求項1に記載の圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置において、
上記制御手段は、停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が基準停止位置範囲内で下死点寄りにあるときは、上死点寄りにあるときに比べて、上記停止時圧縮行程気筒内の空気量に対応させて燃料噴射量を多く設定し、かつ、成立した再始動条件が運転者の要求によるかよらないかに拘らず、停止時圧縮行程気筒に上記設定した量の燃料を噴射することによりエンジンを再始動させることを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置。
【請求項3】
請求項1に記載の圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置において、
上記制御手段は、停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が基準停止位置範囲内で吸気弁の閉弁タイミングに対応する位置よりも下死点側にあるときは、成立した再始動条件が運転者の要求によるかよらないかに拘らず、停止時圧縮行程気筒に、停止時吸気行程気筒が圧縮行程を迎えたときに該気筒に燃料を噴射することによりエンジンを再始動させる場合に設定される燃料噴射量と同じ量の燃料を噴射することによりエンジンを再始動させることを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、気筒内に噴射された燃料を自己着火により燃焼させる圧縮自己着火式エンジンに設けられ、所定の自動停止条件が成立したときに上記エンジンを自動停止させるとともに、その後所定の再始動条件が成立したときに、スタータモータを用いて上記エンジンに回転力を付与しつつ、エンジン停止時に圧縮行程にある停止時圧縮行程気筒に対して燃料噴射を実行することにより、上記エンジンを再始動させる圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ディーゼルエンジンに代表される圧縮自己着火式エンジンは、一般に、ガソリンエンジンのような火花点火式エンジンよりも熱効率に優れ、排出されるCOの量も少ないことから、近年、車載用エンジンとして広く普及しつつある。
【0003】
上記のような圧縮自己着火式エンジンにおいて、より一層のCOの削減を図るには、アイドル運転時等にエンジンを自動的に停止させ、その後車両の発進操作等が行われたときにエンジンを自動的に再始動させる、いわゆるアイドルストップ制御の技術を採用することが有効であり、そのことに関する種々の研究もなされている。
【0004】
例えば、特許文献1には、所定の自動停止条件が成立したときにディーゼルエンジンを自動的に停止させ、所定の再始動条件が成立すると、スタータモータを駆動してエンジンに回転力を付与しつつ燃料噴射を実行してディーゼルエンジンを再始動させるディーゼルエンジンの制御装置が開示されている。そして、エンジンの停止時(停止完了時)に圧縮行程にある気筒(停止時圧縮行程気筒)のピストン停止位置に基づき、最初に燃料を噴射する気筒を可変的に設定することが記載されている。
【0005】
より具体的には、ディーゼルエンジンが自動停止されると、その時点で圧縮行程にある停止時圧縮行程気筒のピストン位置を求め、そのピストン位置が相対的に下死点寄りに予め設定された基準停止位置範囲内にあるか否かを判定し、基準停止位置範囲内にあるときには、エンジンを再始動させる際に、上記停止時圧縮行程気筒に最初に燃料を噴射する一方、基準停止位置範囲よりも上死点側にあるときには、エンジン全体として1回目の上死点を越えて、停止時吸気行程気筒(エンジンの停止時に吸気行程にある気筒)が圧縮行程を迎えたときに、該気筒に最初に燃料を噴射するようにしている。
【0006】
このような構成によれば、停止時圧縮行程気筒のピストンが上記基準停止位置範囲内にあるときには、停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射することにより、その燃料を確実に自己着火させることができ、比較的短時間でエンジンを迅速に再始動させることができる(これを便宜上「1圧縮始動」という)。一方、停止時圧縮行程気筒のピストンが上記基準停止位置範囲から上死点側に外れているときには、そのピストンによる圧縮ストローク量(圧縮代)が少なく気筒内の空気が十分に高温化しないことから、停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射しても失火が起きるおそれがある。そこで、このような場合には、停止時圧縮行程気筒ではなく停止時吸気行程気筒に燃料を噴射することにより、筒内の空気を十分に圧縮して確実に燃料を自己着火させることができる(これを便宜上「2圧縮始動」という)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2009−062960号公報(段落0048)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上記のように、従来、エンジンを再始動させる際は、停止時圧縮行程気筒のピストンが基準停止位置範囲内で停止しているか否かを判定し、停止している場合は、停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射して、エンジンを1圧縮始動で迅速に再始動させることが行われている。
【0009】
ところで、エンジンの再始動条件には、大別して、運転者の要求によるものと、運転者の要求によらないものとがある。前者の例としては、クラッチの切断操作やブレーキの解除操作等、車両の発進操作が挙げられる。後者の例としては、エアコンを稼動させる必要が生じたこと、バッテリ電圧が低下したこと、エンジンの自動停止時間が長時間に及んでいること等、システム上の観点からエンジンを再始動させる必要が生じたことが挙げられる(これを便宜上「システム要求」という)。運転者の発進要求によってエンジンが再始動される場合、運転者はエンジンが再始動されることが予め分かっているから、再始動に伴って振動が発生しても、乗員は大きな違和感を感じない。一方、システム要求によってエンジンが再始動される場合、運転者はエンジンが再始動されることが予め分かっていないから、再始動に伴って振動が発生すると、乗員は大きな違和感を感じ、NVH(ノイズ(騒音)・バイブレーション(振動)・ハーシュネス(乗り心地))が著しく低下する。
【0010】
そして、本発明者等の検討によれば、再始動時間(スタータモータの駆動開始から完爆までの時間)の短縮化を図るため、停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が基準停止位置範囲内にある場合、常に、エンジンを1圧縮始動で再始動させていると、再始動時に比較的大きな振動が比較的頻繁に発生することが分かった。これは、エンジン、エンジンマウント、トランスミッション、車体等の各緒元の組み合わせによって決まる車両の共振周波数が影響しているものと考えられる。
【0011】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、圧縮自己着火式エンジンを再始動させる際に、エンジンの再始動条件に応じて、迅速始動を優先させるべきか、あるいはNVHを優先させるべきかを選択可能とし、常に最適の態様でエンジンを再始動させ、もって圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記課題を解決するため、本発明は、気筒内に噴射された燃料を自己着火により燃焼させる圧縮自己着火式エンジンに設けられ、所定の自動停止条件が成立したときに上記エンジンを自動停止させるとともに、その後所定の再始動条件が成立したときに、エンジンの停止時に圧縮行程にある停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が相対的に下死点寄りに設定された基準停止位置範囲内にある場合は、スタータモータを用いて上記エンジンに回転力を付与しつつ、上記停止時圧縮行程気筒に燃料噴射を実行することにより、上記エンジンを再始動させることができる圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置であって、エンジンを再始動させる際に、上記停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が上記基準停止位置範囲内にある場合であっても、成立した再始動条件が運転者の要求によらないときは、エンジンの停止時に吸気行程にある停止時吸気行程気筒が圧縮行程を迎えたときに該気筒に燃料を噴射することによりエンジンを再始動させ、成立した再始動条件が運転者の要求によるときは、上記停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射することによりエンジンを再始動させる制御手段を備えることを特徴とするものである(請求項1)。
【0013】
本発明によれば、エンジンを再始動させる際に、たとえ停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が基準停止位置範囲内にある場合であっても、すなわち1圧縮始動が可能な場合であっても、運転者の発進要求によらないシステム要求によって再始動条件が成立したときは、エンジンを2圧縮始動させることになる。一方、運転者の発進要求によって再始動条件が成立したときは、エンジンを1圧縮始動させることになる。
【0014】
発明の実施形態でより詳しく説明するように、再始動時に発生する振動は、エンジン、エンジンマウント、トランスミッション、車体等の各緒元の組み合わせによって決まる車両の共振周波数が大きく影響する。この共振周波数は車両毎に異なるが、大きく相違するわけではなく、いずれの車両においても、例えば11±3Hz程度に概ね収まっている。
【0015】
一方、1圧縮始動では、エンジン全体として1回目(1圧縮目)の上死点を迎えたときから燃焼が起こってエンジン始動のためのトルクが発生する。この燃焼は、エンジン全体として2回目(2圧縮目)、3回目(3圧縮目)、…の上死点を迎えたときにも起こってその度にトルクが発生する。トルクの発生によって徐々に回転数が上り、トルクの発生間隔が徐々に短くなる。つまり、振動の周波数が徐々に高くなる。そして、周波数が一定のアイドル状態に収束する。2圧縮始動でも同様のことがいえる。ただし、2圧縮始動では、エンジン全体として1回目の上死点を迎えたときはスタータモータの駆動力のみが作用するので1圧縮目のトルクは相対的に小さい。その結果、1圧縮目から2圧縮目にかけての回転数は相対的に低くなり、1圧縮目と2圧縮目との間の振動周波数は、1圧縮始動におけるそれよりも低くなる。その後、2圧縮目から燃焼によるトルクが発生し、徐々に回転数が上り、振動周波数が徐々に高くなる。そして、1圧縮始動と同様、周波数が一定のアイドル状態に収束する。このように、1圧縮始動と2圧縮始動とでは、エンジンが回転し始める1圧縮目、2圧縮目、3圧縮目、…等の回転初期における振動周波数(エンジン回転初期振動周波数)が相違する(もっとも、アイドル状態に近づくとほとんど変わらなくなる)。
【0016】
そして、本発明者等の検討によれば、1圧縮始動のときに発生するエンジン回転初期振動周波数が、2圧縮始動のときに発生するエンジン回転初期振動周波数よりも、車両の共振周波数(例えば11±3Hz程度)に近いことが分かった。特に、1圧縮始動のときの1圧縮目と2圧縮目との間の振動周波数が車両の共振周波数に近いことが分かった。その結果、1圧縮始動でエンジンを再始動させると、2圧縮始動でエンジンを再始動させる場合に比べて、共振作用によって振動が大きく増幅する現象が起き易く、NVHが著しく低下する。
【0017】
以上のことから、本発明によれば、運転者の要求によらないシステム要求によってエンジンが再始動されるときは、たとえ1圧縮始動が可能であっても、2圧縮始動でエンジンが再始動されるから、NVHの著しい低下が回避され、エンジンが再始動されることが予め分かっていない乗員が大きな違和感を感じる不具合が抑制される。なお、2圧縮始動では、迅速始動性が低下するが、運転者は発進要求をしていないので、迅速始動性の低下は大きな問題ではない。一方、運転者の発進要求によってエンジンが再始動されるときは、1圧縮始動でエンジンが再始動されるから、エンジンが運転者の発進要求に応答性よく短時間で迅速始動する。なお、1圧縮始動では、NVHが低下するが、運転者は発進要求をしており、エンジンが再始動されることが予め分かっているので、NVHの低下は大きな問題ではない。このように、本発明によれば、圧縮自己着火式エンジンを再始動させる際に、エンジンの再始動条件に応じて、迅速始動を優先させるべきか、あるいはNVHを優先させるべきかが選択され、常に最適の態様でエンジンが再始動される。
【0018】
本発明において、好ましくは、上記制御手段は、停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が基準停止位置範囲内で下死点寄りにあるときは、上死点寄りにあるときに比べて、上記停止時圧縮行程気筒内の空気量に対応させて燃料噴射量を多く設定し、かつ、成立した再始動条件が運転者の要求によるかよらないかに拘らず、停止時圧縮行程気筒に上記設定した量の燃料を噴射することによりエンジンを再始動させる(請求項2)。
【0019】
この構成によれば、停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が基準停止位置範囲内で下死点寄りにあるときは、運転者が発進要求をしたか否かに拘らず、常に、エンジンを1圧縮始動で再始動させることになる。
【0020】
発明の実施形態でより詳しく説明するように、1圧縮始動のときに発生するエンジン回転初期振動周波数は、ほとんどが、停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が基準停止位置範囲内で上死点寄り(例えば圧縮上死点前102°CA〜108°CAの範囲内等)にあるときのものである。つまり、それだけ停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が圧縮上死点前102°CA〜108°CAの範囲内等に収まる傾向が強いということである。したがって、停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が基準停止位置範囲内で下死点寄り(例えば圧縮上死点前156°CA〜180°CAの範囲内等)にあるときに、該気筒内の空気量に対応させて多く設定した量の燃料を該気筒に噴射すると、トルクが増大し、1圧縮始動のときの1圧縮目と2圧縮目との間の振動周波数が、2圧縮始動のときに発生するエンジン回転初期振動周波数に近くなる。特に、2圧縮始動のときの2圧縮目と3圧縮目との間の振動周波数に近くなる。
【0021】
以上のことから、上記構成によれば、1圧縮始動でエンジンを再始動させても、燃料噴射量が増量されているので、エンジン回転初期振動周波数は2圧縮始動のときの挙動に近くなり、NVHの低下は抑制される。そのため、たとえシステム要求によってエンジンが再始動されるときであっても、乗員が大きな違和感を感じる不具合が抑制される。また、運転者の発進要求によってエンジンが再始動されるときは、1圧縮始動でエンジンを再始動させることにより、エンジンが応答性よく短時間で迅速始動するという利点が維持される。この構成は、吸気弁が吸気下死点又は吸気下死点前に閉弁される早閉じタイプのエンジンに特に好ましく適用される。
【0022】
本発明において、好ましくは、上記制御手段は、停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が基準停止位置範囲内で吸気弁の閉弁タイミングに対応する位置よりも下死点側にあるときは、成立した再始動条件が運転者の要求によるかよらないかに拘らず、停止時圧縮行程気筒に、停止時吸気行程気筒が圧縮行程を迎えたときに該気筒に燃料を噴射することによりエンジンを再始動させる場合に設定される燃料噴射量と同じ量の燃料を噴射することによりエンジンを再始動させる(請求項3)。
【0023】
この構成によれば、停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が基準停止位置範囲内で吸気弁の閉弁(IVC)タイミングに対応する位置よりも下死点側にあるときは、運転者が発進要求をしたか否かに拘らず、常に、エンジンを1圧縮始動で再始動させることになる。
【0024】
上記のように、1圧縮始動のときに発生するエンジン回転初期振動周波数は、ほとんどが、停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が基準停止位置範囲内で上死点寄り(例えば圧縮上死点前102°CA〜108°CAの範囲内等)にあるときのものである。一方、IVCタイミングに対応する位置は、例えば圧縮上死点前144°CA付近等であって、停止時圧縮行程気筒のピストンが停止する傾向が強い上記範囲(圧縮上死点前102°CA〜108°CAの範囲等)よりも下死点側にある。したがって、停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が基準停止位置範囲内でIVCタイミングに対応する位置よりも下死点側(例えば圧縮上死点前162°CA等)にあるときに、2圧縮始動の場合に噴射する量と同量の燃料を停止時圧縮行程気筒に噴射すると、トルクが増大し、1圧縮始動のときの1圧縮目と2圧縮目との間の振動周波数が、2圧縮始動のときに発生するエンジン回転初期振動周波数に近くなる。特に、2圧縮始動のときの2圧縮目と3圧縮目との間の振動周波数に近くなる。
【0025】
以上のことから、上記構成によれば、1圧縮始動でエンジンを再始動させても、燃料噴射量が増量されているので、エンジン回転初期振動周波数は2圧縮始動のときの挙動に近くなり、NVHの低下は抑制される。そのため、たとえシステム要求によってエンジンが再始動されるときであっても、乗員が大きな違和感を感じる不具合が抑制される。また、運転者の発進要求によってエンジンが再始動されるときは、1圧縮始動でエンジンを再始動させることにより、エンジンが応答性よく短時間で迅速始動するという利点がそのまま生かされる。この構成は、吸気弁が吸気下死点後に閉弁される遅閉じタイプのエンジンに特に好ましく適用される。
【発明の効果】
【0026】
以上説明したように、本発明によれば、圧縮自己着火式エンジンを再始動させる際に、エンジンの再始動条件に応じて、迅速始動を優先させるべきか、あるいはNVHを優先させるべきかを選択可能とし、常に最適の態様でエンジンを再始動させ、もって圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
図1】本発明の一実施形態に係る始動制御装置が適用されたディーゼルエンジンの全体構成を示すシステム構成図である。
図2】上記エンジンの自動停止制御の具体的動作の一例を示すフローチャートである。
図3】上記エンジンの再始動制御の具体的動作の一例を示すフローチャートである。
図4】上記再始動制御で1圧縮始動又は2圧縮始動を判定するために用いるマップである。
図5】上記エンジンを1圧縮始動で再始動させたとき及び2圧縮始動で再始動させたときのクランク軸トルク及びエンジン回転数の変化を示すタイムチャートである。
図6】上記再始動制御で気筒に噴射する燃料噴射量を設定するために用いるマップである。
【発明を実施するための形態】
【0028】
(1)エンジンの全体構成
図1は、本発明の一実施形態に係る始動制御装置が適用されたディーゼルエンジンの全体構成を示すシステム構成図である。本図に示されるディーゼルエンジンは、走行駆動用の動力源として車両に搭載される4サイクルのディーゼルエンジンである。このエンジンのエンジン本体1は、いわゆる直列4気筒型のものであり、紙面に直交する方向に列状に並ぶ4つの気筒2A〜2Dを有するシリンダブロック3と、シリンダブロック3の上面に設けられたシリンダヘッド4と、各気筒2A〜2Dにそれぞれ往復摺動可能に挿入されたピストン5とを有している。
【0029】
上記ピストン5の上方には燃焼室6が形成されており、この燃焼室6には、後述する燃料噴射弁15から噴射される燃料(軽油)が供給される。そして、噴射された燃料が、ピストン5の圧縮作用により高温・高圧化した燃焼室6で自着火し(圧縮自己着火)、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン5が上下方向に往復運動するようになっている。
【0030】
上記ピストン5は図外のコネクティングロッドを介してクランクシャフト7と連結されており、上記ピストン5の往復運動(上下運動)に応じて上記クランクシャフト7が中心軸回りに回転するようになっている。
【0031】
ここで、図示のような4サイクル4気筒のディーゼルエンジンでは、各気筒2A〜2Dに設けられたピストン5が、クランク角で180°(180°CA)の位相差をもって上下運動する。このため、各気筒2A〜2Dでの燃焼(燃料噴射)のタイミングは、180°CAずつ位相をずらしたタイミングに設定される。具体的には、気筒2A,2B,2C,2Dの気筒番号をそれぞれ1番、2番、3番、4番とすると、1番気筒2A→3番気筒2C→4番気筒2D→2番気筒2Bの順に燃焼が行われる。このため、例えば1番気筒2Aが膨張行程であれば、3番気筒2C、4番気筒2D、2番気筒2Bは、それぞれ、圧縮行程、吸気行程、排気行程となる。
【0032】
上記シリンダヘッド4には、各気筒2A〜2Dの燃焼室6に開口する吸気ポート9および排気ポート10と、各ポート9,10を開閉可能に閉止する吸気弁11および排気弁12とが設けられている。なお、吸気弁11および排気弁12は、シリンダヘッド4に配設された一対のカムシャフト等を含む動弁機構13,14により、クランクシャフト7の回転に連動して開閉駆動される。本実施形態に係るエンジンは、吸気弁11が吸気下死点後に閉弁される遅閉じタイプのエンジンである。
【0033】
また、上記シリンダヘッド4には、燃料噴射弁15が各気筒2A〜2Dにつき1つずつ設けられている。各燃料噴射弁15は、蓄圧室としてのコモンレール20と分岐管21を介してそれぞれ接続されている。コモンレール20には、燃料供給ポンプ23から燃料供給管22を通じて供給された燃料(軽油)が高圧状態で蓄えられており、このコモンレール20内で高圧化された燃料が分岐管21を通じて各燃料噴射弁15にそれぞれ供給されるようになっている。
【0034】
各燃料噴射弁15は、複数の噴孔を有する噴射ノズルが先端部に設けられた電磁式のニードル弁からなり、その内部に、上記噴射ノズルに通じる燃料通路と、電磁力により作動して上記燃料通路を開閉するニードル状の弁体とを有している(いずれも図示省略)。そして、通電による電磁力で上記弁体が開方向に駆動されることにより、コモンレール20から供給された燃料が上記噴射ノズルの各噴孔から燃焼室6に向けて直接噴射されるようになっている。
【0035】
上記シリンダブロック3やシリンダヘッド4の内部には、冷却水が流通する図外のウォータジャケットが設けられており、このウォータジャケット内の冷却水の温度を検出するための水温センサSW1が、上記シリンダブロック3に設けられている。
【0036】
また、上記シリンダブロック3には、クランクシャフト7の回転角度および回転速度を検出するためのクランク角センサSW2が設けられている。このクランク角センサSW2は、クランクシャフト7と一体に回転するクランクプレート25の回転に応じてパルス信号を出力する。
【0037】
具体的に、上記クランクプレート25の外周部には、一定ピッチで並ぶ多数の歯が突設されており、その外周部における所定範囲には、基準位置を特定するための歯欠け部25a(歯の存在しない部分)が形成されている。そして、このように基準位置に歯欠け部25aを有したクランクプレート25が回転し、それに基づくパルス信号が上記クランク角センサSW2から出力されることにより、クランクシャフト7の回転角度(クランク角)および回転速度(エンジン回転速度)が検出されるようになっている。
【0038】
一方、上記シリンダヘッド4には、動弁用のカムシャフト(図示省略)の角度を検出するためのカム角センサSW3が設けられている。カム角センサSW3は、カムシャフトと一体に回転するシグナルプレートの歯の通過に応じて、気筒判別用のパルス信号を出力するものである。
【0039】
すなわち、上記クランク角センサSW2から出力されるパルス信号の中には、上述した歯欠け部25aに対応して360°CAごとに生成される無信号部分が含まれるが、その情報だけでは、例えばピストン5が上昇しているときに、それがどの気筒の圧縮行程または排気行程にあたるのか判別することができない。そこで、720°CAごとに1回転するカムシャフトの回転に基づきカム角センサSW3からパルス信号を出力させ、その信号が出力されるタイミングと、上記クランク角センサSW2の無信号部分のタイミング(歯欠け部25aの通過タイミング)とに基づいて、気筒判別を行うようにしている。
【0040】
上記吸気ポート9および排気ポート10には、吸気通路28および排気通路29がそれぞれ接続されている。すなわち、外部からの吸入空気(新気)が上記吸気通路28を通じて燃焼室6に供給されるとともに、燃焼室6で生成された排気ガス(燃焼ガス)が上記排気通路29を通じて外部に排出されるようになっている。
【0041】
上記吸気通路28のうち、エンジン本体1から所定距離上流側までの範囲は、気筒2A〜2Dごとに分岐した分岐通路部28aとされており、各分岐通路部28aの上流端がそれぞれサージタンク28bに接続されている。このサージタンク28bよりも上流側には、単一の通路からなる共通通路部28cが設けられている。
【0042】
上記共通通路部28cには、各気筒2A〜2Dに流入する空気量(吸気流量)を調節するための吸気絞り弁30が設けられている。吸気絞り弁30は、エンジンの運転中は基本的に全開もしくはこれに近い高開度に維持されており、エンジンの停止時等の必要時にのみ閉弁されて吸気通路28を遮断するように構成されている。
【0043】
上記サージタンク28bには、吸気圧力を検出するための吸気圧センサSW4が設けられており、上記サージタンク28bと吸気絞り弁30との間の共通通路部28cには、吸気流量を検出するためのエアフローセンサSW5が設けられている。
【0044】
上記クランクシャフト7には、タイミングベルト等を介してオルタネータ32が連結されている。このオルタネータ32は、図外のフィールドコイルの電流を制御して発電量を調節するレギュレータ回路を内蔵しており、車両の電気負荷やバッテリの残容量等から定められる発電量の目標値(目標発電電流)に基づき、クランクシャフト7から駆動力を得て発電を行うように構成されている。
【0045】
上記シリンダブロック3には、エンジンを始動するためのスタータモータ34が設けられている。このスタータモータ34は、モータ本体34aと、モータ本体34aにより回転駆動されるピニオンギア34bとを有している。上記ピニオンギア34bは、クランクシャフト7の一端部に連結されたリングギア35と離接可能に噛合している。そして、上記スタータモータ34を用いてエンジンを始動する際には、ピニオンギア34bが所定の噛合位置に移動して上記リングギア35と噛合し、ピニオンギア34bの回転力がリングギア35に伝達されることにより、クランクシャフト7が回転駆動されるようになっている。
【0046】
(2)制御システム
以上のように構成されたエンジンは、その各部がECU(電子制御ユニット)50により統括的に制御される。ECU50は、周知のCPU、ROM、RAM等から構成されたマイクロプロセッサであり、本発明に係る制御手段に相当する。
【0047】
上記ECU50には、各種センサから種々の情報が入力される。すなわち、ECU50は、エンジンの各部に設けられた上記水温センサSW1、クランク角センサSW2、カム角センサSW3、吸気圧センサSW4、およびエアフローセンサSW5と電気的に接続されており、これら各センサSW1〜SW5からの入力信号に基づいて、エンジンの冷却水温、クランク角、エンジン回転速度、気筒判別、吸気圧力、吸気流量等の種々の情報を取得する。
【0048】
また、ECU50には、車両に設けられた各種センサ(SW6〜SW9)からの情報も入力される。すなわち、車両には、運転者により踏み込み操作されるアクセルペダル36の開度を検出するためのアクセル開度センサSW6と、ブレーキペダル37のON/OFF(ブレーキの有無)を検出するためのブレーキセンサSW7と、車両の走行速度(車速)を検出するための車速センサSW8と、バッテリ(図示省略)の残容量を検出するためのバッテリセンサSW9とが設けられている。ECU50は、これら各センサSW6〜SW9からの入力信号に基づいて、アクセル開度、ブレーキの有無、車速、バッテリの残容量といった情報を取得する。
【0049】
上記ECU50は、上記各センサSW1〜SW9からの入力信号に基づいて種々の演算等を実行しつつ、エンジンの各部を制御する。具体的に、ECU50は、上記燃料噴射弁15、吸気絞り弁30、オルタネータ32、およびスタータモータ34と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいて、これらの機器にそれぞれ駆動用の制御信号を出力する。
【0050】
上記ECU50が有するより具体的な機能について説明する。ECU50は、例えばエンジンの通常運転時に、運転条件に基づき定められる所要量の燃料を燃料噴射弁15から噴射させたり、車両の電気負荷やバッテリの残容量等に基づき定められる所要発電量をオルタネータ32に発電させる等の基本的な機能を有する他、予め定められた特定の条件下でエンジンを自動的に停止させ、または再始動させる機能をも有している。このため、ECU50は、エンジンの自動停止または再始動制御に関する機能的要素として、自動停止制御部51および再始動制御部52を有している。
【0051】
上記自動停止制御部51は、エンジンの運転中に、予め定められたエンジンの自動停止条件が成立したか否かを判定し、成立した場合に、エンジンを自動停止させる制御を実行するものである。
【0052】
例えば、車両が停止状態にあること等の複数の条件が揃い、エンジンを停止させても支障のない状態であることが確認された場合に、自動停止条件が成立したと判定する。そして、燃料噴射弁15からの燃料噴射を停止(燃料カット)する等により、エンジンを停止させる。
【0053】
上記再始動制御部52は、エンジンが自動停止した後、予め定められた再始動条件が成立したか否かを判定し、成立した場合に、エンジンを再始動させる制御を実行するものである。
【0054】
例えば、車両を発進させるために運転者がアクセルペダル36を踏み込むなどして、エンジンを始動させる必要が生じたときに、再始動条件が成立したと判定する。そして、スタータモータ34を駆動してクランクシャフト7に回転力を付与しつつ、燃料噴射弁15からの燃料噴射を再開させることにより、エンジンを再始動させる。
【0055】
(3)自動停止制御
次に、エンジン自動停止制御を司るECU50の自動停止制御部51の具体的制御動作の一例について、図2のフローチャートを用いて説明する。
【0056】
図2のフローチャートに示す処理がスタートすると、自動停止制御部51は、各種センサ値を読み込む(ステップS1)。具体的には、水温センサSW1、クランク角センサSW2、カム角センサSW3、吸気圧センサSW4、エアフローセンサSW5、アクセル開度センサSW6、ブレーキセンサSW7、車速センサSW8、およびバッテリセンサSW9からそれぞれの検出信号を読み込み、これらの信号に基づいて、エンジンの冷却水温、クランク角、エンジン回転速度、気筒判別、吸気圧力、吸気流量、アクセル開度、ブレーキの有無、車速、バッテリの残容量等の各種情報を取得する。
【0057】
次いで、自動停止制御部51は、上記ステップS1で取得された情報に基づいて、エンジンの自動停止条件が成立しているか否かを判定する(ステップS2)。例えば、車両が停止していること(車速=0km/h)、アクセルペダル36の開度がゼロ(アクセルOFF)であること、ブレーキペダル37が操作中(ブレーキON)であること、エンジンの冷却水温が所定値以上(温間状態)にあること、バッテリの残容量が所定値以上であること、等の複数の条件が全て揃ったときに、自動停止条件が成立したと判定する。なお、車速については、必ずしも完全停止(車速=0km/h)を条件とする必要はなく、所定の低車速以下(例えば3km/以下)という条件を設定してもよい。
【0058】
上記ステップS2でYESと判定されて自動停止条件が成立したことが確認された場合、自動停止制御部51は、吸気絞り弁30の開度を全閉(0%)に設定する(ステップS3)。すなわち、上記自動停止条件が成立した時点で、吸気絞り弁30の開度を、アイドル運転時に設定される所定の開度(例えば30%)から、全閉(0%)まで低下させる。
【0059】
次いで、自動停止制御部51は、燃料噴射弁15を常に閉状態に維持することにより、燃料噴射弁15からの燃料の供給を停止(燃料カット)する(ステップS4)。
【0060】
次いで、自動停止制御部51は、エンジン回転速度が0rpmであるか否かを判定することにより、エンジンが完全停止したか否かを判定する(ステップS5)。そして、エンジンが完全停止していれば、自動停止制御部51は、例えば、吸気絞り弁30の開度を、通常運転時に設定される所定の開度(例えば80%等)に設定する等して(ステップS6)、この自動停止制御はエンドとなる。
【0061】
(4)再始動制御及び本実施形態の作用効果
次に、エンジン再始動制御を司るECU50の再始動制御部52の具体的制御動作の一例について、図3のフローチャートを用いて説明する。
【0062】
図3のフローチャートに示す処理がスタートすると、再始動制御部52は、各種センサ値に基づいて、エンジンの再始動条件が成立しているか否かを判定する(ステップS21)。例えば、車両発進のためにアクセルペダル36が踏み込まれたこと(アクセルON)、バッテリの残容量が低下したこと、エンジンの冷却水温が所定値未満(冷間状態)になったこと、エンジンの停止継続時間(自動停止後の経過時間)が所定時間を越えたこと、等の条件の少なくとも1つが成立したときに、再始動条件が成立したと判定する。ここで、エンジンの再始動条件には、大別して、運転者の発進要求によるもの(例えば、クラッチの切断操作やブレーキの解除操作等の車両の発進操作)と、運転者の発進要求によらないシステム要求によるもの(例えば、エアコンを稼動させる必要が生じたこと、バッテリ電圧が低下したこと、エンジンの自動停止時間が長時間に及んでいること等のシステム上の理由)とがある。
【0063】
上記ステップS21でYESと判定されて再始動条件が成立したことが確認された場合、再始動制御部52は、図4に示すようなマップを用いて、停止時圧縮行程気筒(エンジン停止時に圧縮行程にある気筒)のピストン停止位置が基準停止位置範囲R(例えば圧縮上死点前83°CA〜180°CAの範囲等)内にあるか否かを判定する(ステップS22)。
【0064】
ここで、上記マップは、エンジンを再始動させる際にエンジンを1圧縮始動で再始動させるか2圧縮始動で再始動させるかを判定するために用いるマップである。1圧縮始動とは、エンジン停止時に圧縮行程にある気筒(停止時圧縮行程気筒)に、エンジン全体として1つ目の上死点(TDC)を迎えるときに燃料を噴射してエンジンを再始動させることである。2圧縮始動とは、エンジン停止時に吸気行程にある気筒(停止時吸気行程気筒)に、エンジン全体として2つ目の上死点を迎えるときに燃料を噴射してエンジンを再始動させることである。
【0065】
図4に示すように、上記判定用マップは、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置とエンジン冷却水温とをパラメータとして、基準停止位置範囲Rが設定されたものである。ここで、縦軸のエンジン冷却水温は、エンジンの再始動制御の開始時のエンジン冷却水温である。エンジンの再始動制御の開始時とは、本実施形態では、ステップS21で再始動条件の成立が確認された時点である。
【0066】
基準停止位置範囲Rは、図示したように、相対的に下死点(BDC)寄りに設定されている。また、基準停止位置範囲Rは、エンジン冷却水温が高いほど上死点側に拡大されている。つまり、再始動制御の開始時のエンジン冷却水温が相対的に高いときは、相対的に低いときに比べて、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が基準停止位置範囲Rに入る確率が高くなる。
【0067】
上記ステップS22でYESと判定されて停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が基準停止位置範囲R内にあることが確認された場合、再始動制御部52は、ステップS21で成立が確認された再始動条件が運転者の要求によるものであったか否かを判定する(ステップS23)。
【0068】
その結果、上記ステップS23でYESと判定されて、成立した再始動条件が運転者の要求によることが確認された場合、再始動制御部52は、停止時圧縮行程気筒に最初の燃料を噴射してエンジンを再始動させる制御(1圧縮始動)を実行する(ステップS24)。すなわち、スタータモータ34を駆動してクランクシャフト7に回転力を付与しつつ、停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射して自着火させることにより、エンジン全体として1つ目の上死点を迎えた時点から燃焼を再開させ、エンジンを再始動させる。そして、この再始動制御はエンドとなる。
【0069】
一方、上記ステップS23でNOと判定されて、成立した再始動条件が運転者の要求によらないことが確認された場合、つまり、システム要求によることが確認された場合、再始動制御部52は、後述するステップS26でYESと判定された場合を除き、停止時吸気行程気筒(エンジン停止時に吸気行程にある気筒)に最初の燃料を噴射してエンジンを再始動させる制御(2圧縮始動)を実行する(ステップS25)。すなわち、スタータモータ34を駆動してクランクシャフト7に回転力を付与しつつ、エンジン全体として1つ目の上死点を越えて、停止時吸気行程気筒が圧縮行程を迎えたときに、停止時吸気行程気筒に燃料を噴射して自着火させることにより、エンジン全体として2つ目の上死点を迎えた時点から燃焼を再開させ、エンジンを再始動させる。そして、この再始動制御はエンドとなる。
【0070】
すなわち、本実施形態に係るディーゼルエンジン(圧縮自己着火式エンジン)の始動制御装置は、所定の自動停止条件が成立したときにエンジンを自動停止させ、その後、所定の再始動条件が成立したときに、停止時圧縮行程気筒のピストン5の停止位置が基準停止位置範囲R内にある場合は、スタータモータ34を用いてエンジンに回転力を付与しつつ、停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射することにより、エンジンを再始動させるECU50を備えている。
【0071】
1圧縮始動と2圧縮始動とを対比して説明すると、およそ次のようになる。すなわち、図4に示したように、基準停止位置範囲Rは、相対的に下死点寄りの範囲(例えば圧縮上死点前83°CA〜180°CAの範囲等)に予め定められたものである。停止時圧縮行程気筒のピストン5がこのような下死点寄りの位置に停止していれば、エンジンの再始動時に、上記停止時圧縮行程気筒に最初の(エンジン全体として最初の)燃料を噴射することにより、エンジンを1圧縮始動で迅速かつ確実に再始動させることができる。つまり、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が上記基準停止位置範囲R内にあれば、停止時圧縮行程気筒内に比較的多くの空気が存在するため、エンジン再始動時のピストン5の上昇に伴い、ピストン5による圧縮ストローク量(圧縮代)が多くなり、停止時圧縮行程気筒内の空気は十分に圧縮されて高温化する。このため、再始動時の最初の燃料を停止時圧縮行程気筒内に噴射すると、この燃料は停止時圧縮行程気筒内で確実に自着火して燃焼するのである。
【0072】
これに対し、停止時圧縮行程気筒のピストン5が基準停止位置範囲Rから上死点側に外れていると、ピストン5による圧縮ストローク量が少なくなり、停止時圧縮行程気筒内の空気が十分に高温化しないことから、停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射しても失火が起きるおそれがある。そこで、このような場合には、停止時圧縮行程気筒ではなく停止時吸気行程気筒に燃料を噴射することにより、停止時吸気行程気筒の空気を十分に圧縮して確実に燃料を自己着火させる(2圧縮始動)。
【0073】
このように、停止時圧縮行程気筒のピストン5が基準停止位置範囲R内にあるときにはエンジンを1圧縮始動で速やかに再始動できるものの、基準停止位置範囲Rから上死点側に外れてしまったときには、2圧縮始動で停止時吸気行程気筒に燃料を噴射する必要があるため、停止時吸気行程気筒のピストン5が圧縮上死点付近に到達するまでは(つまりエンジン全体として2つ目の上死点を迎えるまでは)、燃料噴射に基づく自己着火を行わせることができず、再始動時間(本実施形態では、スタータモータ34の始動時点から、エンジン回転速度が750rpmになるまでの時間をいう)が長くなってしまう。したがって、エンジンを再始動させる際は、できるだけ1圧縮始動で迅速にエンジンを再始動させることが好ましい。
【0074】
しかしながら、本実施形態では、上記のように、エンジンを再始動させる際に、たとえ停止時圧縮行程気筒のピストン5の停止位置が基準停止位置範囲R内にある場合であっても、すなわち1圧縮始動が可能な場合であっても(ステップS22でYES)、運転者の発進要求によらないシステム要求によって再始動条件が成立したときは(ステップS23でNO)、エンジンを2圧縮始動させるようにしている(ステップS25)。このような制御動作にした理由はおよそ次のようである。
【0075】
図5は、本実施形態に係るディーゼルエンジンを1圧縮始動で再始動させたとき(破線で示す)及び2圧縮始動で再始動させたとき(実線で示す)のクランク軸トルク(N・m)及びエンジン回転数(rpm)の変化を示すタイムチャートである。再始動前の停止時圧縮行程気筒のピストン5の停止位置は、いずれも圧縮上死点前105°CAであった。
【0076】
1圧縮始動(破線)では、エンジン全体として1圧縮目の上死点を迎えたときから燃焼が起こってエンジン始動のためのトルクが発生する。この燃焼は、エンジン全体として2圧縮目、3圧縮目、…の上死点を迎えたときにも起こってその度にトルクが発生する。1圧縮目と2圧縮目との間の振動周波数は12.0Hz、2圧縮目と3圧縮目との間の振動周波数は19.4Hzであった。
【0077】
2圧縮始動(実線)では、エンジン全体として2圧縮目の上死点を迎えたときから燃焼が起こる。1圧縮目の上死点を迎えたときはスタータモータ34の駆動力のみがクランクシャフト7に作用する。そのため、1圧縮目のトルクは1圧縮始動の場合と比べると小さい。その結果、1圧縮目から2圧縮目にかけての回転数は1圧縮始動の場合よりも低くなり、1圧縮目と2圧縮目との間の振動周波数は5.6Hzと、1圧縮始動におけるそれ(12.0Hz)よりも低くなる。しかし、燃焼によるトルクが発生する2圧縮目と3圧縮目との間の振動周波数は16.1Hzと、1圧縮始動におけるそれ(19.4Hz)と比べると低いが、1圧縮始動における1圧縮目と2圧縮目との間の振動周波数12.0Hzよりも高くなる。
【0078】
そして、いずれの場合も、トルクの発生によって徐々に回転数が上り、振動周波数が徐々に高くなり、周波数が一定のアイドル状態に収束する。このように、1圧縮始動と2圧縮始動とでは、エンジンが回転し始める1圧縮目、2圧縮目、3圧縮目、…等の回転初期における振動周波数(エンジン回転初期振動周波数)が相違する。
【0079】
一方、再始動時に発生する振動は、エンジン、エンジンマウント、トランスミッション、車体等の各緒元の組み合わせによって決まる車両の共振周波数が大きく影響する。例えば、直列4気筒の横置きエンジンをトランスミッションないしデファレンシャル装置等と連結したパワートレインを3箇所で車体にマウントした場合、エンジン始動時にパワートレインのロール振動が発生し得ると考えられる。このロール振動の共振周波数は車両毎に異なるが、大きく相違するわけではなく、平均的な車両であれば、いずれの場合も、例えば11±3Hz程度、すなわち8〜14Hz程度に概ね収まっている。
【0080】
すなわち、1圧縮始動のときに発生するエンジン回転初期振動周波数のうち、1圧縮目と2圧縮目との間の振動周波数(12.0Hz)が、一般的な車両の共振周波数(8〜14Hz程度)に近いあるいは含まれるのである。その結果、1圧縮始動でエンジンを再始動させると、2圧縮始動でエンジンを再始動させる場合に比べて、共振作用によって振動が大きく増幅する現象が起き易く、NVHが著しく低下する。
【0081】
そこで、本実施形態では、運転者の要求によらないシステム要求によってエンジンが再始動されるときは(ステップS23でNO)、たとえ1圧縮始動が可能であっても(ステップS22でYES)、2圧縮始動でエンジンを再始動させる(ステップS25)ようにしたものである。これにより、NVHの著しい低下が回避され、エンジンが再始動されることが予め分かっていない乗員が大きな違和感を感じる不具合が抑制される。
【0082】
なお、2圧縮始動では、迅速始動性が低下するが、運転者は発進要求をしていないので、迅速始動性の低下は大きな問題とはならない。
【0083】
一方、運転者の発進要求によってエンジンが再始動されるときは(ステップS23でYES)、1圧縮始動でエンジンが再始動される(ステップS24)から、エンジンが運転者の発進要求に応答性よく短時間で迅速始動する。
【0084】
なお、1圧縮始動では、NVHが低下するが、運転者は発進要求をしており、エンジンが再始動されることが予め分かっているので、NVHの低下は大きな問題とはならない。
【0085】
このように、本実施形態では、圧縮自己着火式エンジンを再始動させる際に、エンジンの再始動条件に応じて、1圧縮始動を行って迅速始動を優先させるべきか、あるいは2圧縮始動を行ってNVHを優先させるべきかが選択され、常に最適の態様でエンジンが再始動される。
【0086】
ただし、本実施形態では、図3のステップS23でNOと判定されて、成立した再始動条件がシステム要求によることが確認された場合、ステップS26に進み、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が吸気弁11の閉弁(IVC)タイミングに対応する位置よりも下死点側にあるか否かを判定する。そして、NOの場合、つまり停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置がIVCタイミングに対応する位置よりも上死点側にある場合に限り、ステップS25に進んでエンジンを2圧縮始動させるようにしている。つまり、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が基準停止位置範囲R内でIVCタイミングに対応する位置よりも下死点側にあるときは(ステップS26でYES)、運転者が発進要求をしたか否かに拘らず(ステップS23でNOであっても)、常に、エンジンを1圧縮始動で再始動させる(ステップS24)ようにしている。このような制御動作にした理由はおよそ次のようである。
【0087】
図6は、上記再始動制御で気筒に噴射する燃料噴射量を設定するために用いるマップである。本実施形態では、図6に示すように、再始動制御で気筒に噴射する燃料噴射量は、ピストン停止位置が下死点寄りであるほど、また、エンジン冷却水温が低いほど、多くされる。これは、ピストン停止位置で定まる気筒内の空気量に対応させて、また、エンジン温度に対応させて、燃料噴射量を設定した結果である。なお、図6に例示した燃料噴射量設定用マップは、1圧縮始動にも2圧縮始動にも使用可能である。ただし、1圧縮始動の場合は、基準停止位置範囲Rの外となる上死点寄りの範囲では、燃料噴射量の値が無効となる。また、2圧縮始動の場合は、吸気弁11が吸気下死点又は吸気下死点前に早閉じするエンジンについては、圧縮上死点前180°CAにのみ燃料噴射量の値が設定され、吸気弁11が吸気下死点後に遅閉じするエンジンについては、吸気弁11の閉弁(IVC)タイミングに対応するクランク角度(例えば圧縮上死点前144°CA等)にのみ燃料噴射量の値が設定される。
【0088】
図6に示したように、IVCタイミングに対応するクランク角度(圧縮上死点前144°CA等)は相対的に下死点寄りにある。一方、図5のデータは、上記したように、停止時圧縮行程気筒のピストン5が停止する傾向が強い圧縮上死点前105°CAに停止時圧縮行程気筒のピストン5が停止していたときに得られたものである。つまり、図6から明らかなように、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置がIVCタイミングに対応する位置よりも下死点側にあるときに設定される燃料噴射量は相対的に多い量であり、エンジン回転初期振動周波数が図5に示すような挙動を示すときに設定される燃料噴射量は相対的に少ない量である。
【0089】
そして、本実施形態に係るエンジンは、上記したように、吸気弁11が吸気下死点後に閉弁される遅閉じタイプのエンジンである。したがって、本実施形態では、停止時圧縮行程気筒のピストン5の停止位置が基準停止位置範囲R内でIVCタイミングに対応する位置よりも下死点側(例えば圧縮上死点前162°CA等)にあるときは、図6の燃料噴射量設定用マップに基いて、1圧縮始動であっても、2圧縮始動の場合に設定される燃料噴射量と同じ量の燃料噴射量が設定される。そのため、1圧縮始動であっても、2圧縮始動の場合に噴射する量と同量の燃料が停止時圧縮行程気筒に噴射される。その結果、トルクが増大し、1圧縮始動のときの1圧縮目と2圧縮目との間の振動周波数(図5では12.0Hz)が変化して、2圧縮始動のときの2圧縮目と3圧縮目との間の振動周波数(図5では16.1Hz)に近くなる。
【0090】
以上のことから、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置がIVCタイミングに対応する位置よりも下死点側にあるときは(ステップS26でYES)、1圧縮始動でエンジンを再始動させても(ステップS24)、燃料噴射量が2圧縮始動のときと同レベルにまで増量されているので、エンジン回転初期振動周波数は2圧縮始動のときの挙動に近くなり、NVHの低下は抑制される。そのため、たとえシステム要求によってエンジンが再始動されるときであっても(ステップS23でNO)、乗員が大きな違和感を感じる不具合が抑制されるから、運転者が発進要求をしたか否かに拘らず(ステップS23でNOであっても)、常に、エンジンを1圧縮始動で再始動させる(ステップS24)ようにしたものである。また、運転者の発進要求によってエンジンが再始動されるときは(ステップS23でYES)、1圧縮始動でエンジンを再始動させることにより(ステップS24)、エンジンが応答性よく短時間で迅速始動するという利点がそのまま生かされる。
【0091】
(5)他の実施形態
エンジンが、吸気弁11が吸気下死点又は吸気下死点前に閉弁される早閉じタイプのエンジンの場合、図3に示す再始動制御において、再始動制御部52は、停止時圧縮行程気筒のピストン5の停止位置が基準停止位置範囲R内で下死点寄りにあるときは、上死点寄りにあるときに比べて、図6に例示したような燃料噴射量設定用マップに基いて、停止時圧縮行程気筒内の空気量に対応させて燃料噴射量を多く設定し、かつ、成立した再始動条件が運転者の要求によるかよらないかに拘らず、停止時圧縮行程気筒に上記設定した量の燃料を噴射することによりエンジンを再始動させるようにしてもよい。
【0092】
この構成によれば、停止時圧縮行程気筒のピストン5の停止位置が基準停止位置範囲R内で下死点寄りにあるときは、運転者が発進要求をしたか否かに拘らず、常に、エンジンを1圧縮始動で再始動させることになる。このような制御動作にした理由はおよそ次のようである。
【0093】
上記のように、1圧縮始動のときに発生するエンジン回転初期振動周波数は、ほとんどが、停止時圧縮行程気筒のピストン5の停止位置が基準停止位置範囲R内で上死点寄り(例えば圧縮上死点前102°CA〜108°CAの範囲内等)にあるときのものである。したがって、停止時圧縮行程気筒のピストン5の停止位置が基準停止位置範囲R内で下死点寄り(例えば圧縮上死点前156°CA〜180°CAの範囲内等)にあるときに、図6に例示したような燃料噴射量設定用マップに基いて、該気筒内の空気量に対応させて多く設定した量の燃料を該気筒に噴射すると、トルクが増大し、1圧縮始動のときの1圧縮目と2圧縮目との間の振動周波数(図5では12.0Hz)が変化して、2圧縮始動のときの2圧縮目と3圧縮目との間の振動周波数(図5では16.1Hz)に近くなる。
【0094】
以上のことから、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が下死点寄りにあるときは、1圧縮始動でエンジンを再始動させても、燃料噴射量が増量されているので、エンジン回転初期振動周波数は2圧縮始動のときの挙動に近くなり、NVHの低下は抑制される。そのため、たとえシステム要求によってエンジンが再始動されるときであっても、乗員が大きな違和感を感じる不具合が抑制されるから、運転者が発進要求をしたか否かに拘らず、常に、エンジンを1圧縮始動で再始動させるようにしたものである。また、運転者の発進要求によってエンジンが再始動されるときは、1圧縮始動でエンジンを再始動させることにより、エンジンが応答性よく短時間で迅速始動するという利点がそのまま生かされる。
【0095】
また、上記実施形態では、自動停止条件の成立時点(ステップS2でYES)で吸気絞り弁30の開度を全閉(0%)に設定し(ステップS3)、その後、ある程度の吸気圧力の低下が見られる時点で、燃料噴射弁15からの燃料噴射を停止する燃料カットを実行する(ステップS4)ようにしたが、吸気絞り弁30を全閉にするのと同じ時点で燃料カットを実行してもよい。
【0096】
また、上記実施形態では、圧縮自己着火式エンジンの一例としてディーゼルエンジン(軽油を自己着火により燃焼させるエンジン)を用い、ディーゼルエンジンに本発明に係る自動停止・再始動制御を適用した例を説明したが、圧縮自己着火式エンジンであれば、ディーゼルエンジンに限定されない。例えば、最近では、ガソリンを含む燃料を高圧縮比で圧縮して自己着火させる(HCCI:Homogeneous−Charge Compression Ignition:予混合圧縮着火)タイプのエンジンが研究、開発されているが、このような圧縮自己着火式のガソリンエンジンに対しても、本発明に係る自動停止・再始動制御は好適に適用可能である。
【符号の説明】
【0097】
2A〜2D 気筒
5 ピストン
15 燃料噴射弁
34 スタータモータ
50 ECU(制御手段)
R 基準停止位置範囲
図1
図2
図3
図4
図5
図6