特開 2024-70395 車両用内燃機関の制御方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024070395

(43)【公開日】2024-05-23

(54)【発明の名称】車両用内燃機関の制御方法および装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 29/02 20060101AFI20240516BHJP

   F02D 17/00 20060101ALI20240516BHJP

【ＦＩ】

F02D29/02 321C

F02D17/00 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022180856

(22)【出願日】2022-11-11

(71)【出願人】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(72)【発明者】

【氏名】原田 耕志

【テーマコード（参考）】

3G092

3G093

【Ｆターム（参考）】

3G092AA01

3G092AA05

3G092AA11

3G092AC03

3G092BA01

3G092BA03

3G092BA04

3G092DA08

3G092FA24

3G092FA30

3G092FA32

3G092GA04

3G092HA01Z

3G092HA04Z

3G092HD05Z

3G092HE01Z

3G092HE08Z

3G092HF02Z

3G092HF07Z

3G092HF08Z

3G092HF21Z

3G093AA01

3G093BA19

3G093BA20

3G093BA22

3G093CA04

3G093DA01

3G093DA05

3G093DA06

3G093DA09

3G093DA11

3G093DB05

3G093DB09

3G093DB15

3G093DB19

3G093DB20

3G093DB25

(57)【要約】

【課題】吸気温度が低いときにアイドルストップが実行されると、再始動時の燃料壁流の増加によりＰＮが悪化する。
【解決手段】吸気温度センサによって吸気通路内における吸気温度を検出する。吸気温度がＴ１よりも高い場合は、アイドルストップ許可水温は、水温ＴＷ１であり、吸気温度がＴ２以下では、水温ＴＷ２となる。吸気温度がＴ１とＴ２の間では、吸気温度が低いほどアイドルストップ許可水温が高くなるように連続的に変化する。車両の運転開始から運転終了までの間、吸気温度に応じたアイドルストップ許可水温に基づいて、アイドルストップの禁止の判定を行う
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両停止時にアイドルストップを実行するとともに、冷却水温度がアイドルストップ許可水温以下である場合には上記アイドルストップを禁止する車両用内燃機関の制御方法において、
吸気通路内における吸気温度を検出し、
この吸気温度が低いほど上記アイドルストップ許可水温が高くなるように上記吸気温度に応じて上記アイドルストップ許可水温を設定し、
車両の運転開始から運転終了までの間、上記吸気温度に応じた上記アイドルストップ許可水温に基づいて、アイドルストップの禁止の判定を行う、
車両用内燃機関の制御方法。

【請求項2】

内燃機関の初回始動時における吸気温度と冷却水温度とを比較し、
両者が所定温度以上乖離しているときに、検出した吸気温度を、乖離を相殺する方向に補正し、この補正後の吸気温度を用いて上記アイドルストップ許可水温を設定する、
請求項１に記載の車両用内燃機関の制御方法。

【請求項3】

上記内燃機関は、ポート噴射式内燃機関である、
請求項１に記載の車両用内燃機関の制御方法。

【請求項4】

車両停止時にアイドルストップを実行するとともに、冷却水温度がアイドルストップ許可水温以下である場合には上記アイドルストップを禁止する車両用内燃機関の制御装置において、
吸気通路内における吸気温度を検出する吸気温度センサを備え、
この制御装置は、
上記吸気温度が低いほど上記アイドルストップ許可水温が高くなるように上記吸気温度に応じて上記アイドルストップ許可水温を設定し、
車両の運転開始から運転終了までの間、上記吸気温度に応じた上記アイドルストップ許可水温に基づいて、アイドルストップの禁止の判定を行う、
車両用内燃機関の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、車両停止時にアイドルストップを実行するとともに、冷却水温度がアイドルストップ許可水温以下である場合にはアイドルストップを禁止する車両用内燃機関の制御に関する。

【背景技術】

【0002】

車両用内燃機関の燃費低減技術の一つとして、交差点等での車両停止時に内燃機関の燃焼運転を一時的に自動停止するアイドルストップが知られている。このアイドルストップは、低水温時の再始動性や暖機性能等の種々の観点から、一般に、冷却水温度があるアイドルストップ許可水温以下である場合には禁止される。つまり、冷却水温度がアイドルストップ許可水温よりも低いと、車両が交差点等で停止しても、アイドルストップは実行されない。

【0003】

特許文献１には、車両のイグニッションスイッチがＯＮとなった直後の外気温度や車室内温度が低い場合に、暖房性能を確保するために、アイドルストップ制御を許可するアイドリングストップ開始冷却水温度をより高く設定することが開示されている。冷却水温度がアイドリングストップ開始冷却水温度以上となると許可フラグがＯＮとなり、その後は、外気温度が考慮されることはない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１－２６３１２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

アイドルストップからの再始動時には、始動のために比較的に多くの燃料が噴射される。例えばポート噴射式の燃料噴射装置の場合、冷却水温度に相関する吸気ポート壁温が低いと、付着した燃料が液状のまま筒内に流入し、いわゆる「ＰＮ」をパラメータとして評価される排気微粒子性能の悪化が生じる。このような再始動時のＰＮの良否は、冷却水温度のみならず、吸気ポート内で燃料噴霧と混合する新気の温度つまり吸気温度に大きく影響される。吸気温度が低いほど燃料の気化が進まずに壁流が増えるため、ＰＮが悪化する。

【0006】

特許文献１は、暖房要求の判定のために外気温度を考慮する技術であり、再始動時のＰＮの抑制のために吸気ポートを流れる新気の状態を把握しようとするものではない。特に、特許文献１の技術では、イグニッションスイッチＯＮ直後の外気温度のみが考慮されるに過ぎず、その後の車両の運転中の外気温度は一切考慮されない。

【0007】

また、特許文献１では、車両のエンジンルーム内に配置された外気温度センサによって外気温度が測定されるのであるが、例えば車庫内に停車していたような場合に、イグニッションスイッチＯＮ直後の検出温度に比較して、走行開始後に実際に内燃機関に取り込まれる空気の温度が低温であるようなことがあり得る。このような場合に、イグニッションスイッチＯＮ直後の検出温度に基づいて許可フラグがＯＮとなってしまうと、実際の吸気温度ないし外気温度が考慮されないこととなる。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この発明は、車両停止時にアイドルストップを実行するとともに、冷却水温度がアイドルストップ許可水温以下である場合には上記アイドルストップを禁止する車両用内燃機関の制御方法において、
吸気通路内における吸気温度を検出し、
この吸気温度が低いほど上記アイドルストップ許可水温が高くなるように上記吸気温度に応じて上記アイドルストップ許可水温を設定し、
車両の運転開始から運転終了までの間、上記吸気温度に応じた上記アイドルストップ許可水温に基づいて、アイドルストップの禁止の判定を行う。

【0009】

ここで、吸気温度に対応して設定されるアイドルストップ許可水温は、再始動時のＰＮ性能を考慮して設定される。つまり、互いに対応する吸気温度と冷却水温度との組み合わせの下で、再始動時のＰＮが許容レベル内となるように設定されている。

【0010】

この発明では、例えば、車庫内に停車していた車両が走り出したような場合に、実際に吸気系に取り込まれる吸気の吸気温度に応じてアイドルストップ許可水温が設定される。そのため、吸気温度が低いにも拘わらずアイドルストップが実行されることがない。

【発明の効果】

【0011】

この発明によれば、常に吸気温度に応じてアイドルストップ許可水温が設定され、冷却水温度がこのアイドルストップ許可水温以下である場合にアイドルストップが禁止されるので、ＰＮ悪化が生じるような条件の下での再始動が回避され、排気微粒子の排出が抑制される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】一実施例の内燃機関の構成を概略的に示す説明図。

【図2】アイドルストップ制御の機能ブロック図。

【図3】一実施例のアイドルストップ制御のフローチャート。

【図4】吸気温度に対するアイドルストップ許可水温の特性を示す特性図。

【図5】初回始動時における吸気温度と冷却水温度とが乖離しているときの吸気温度補正の説明図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１は、アイドルストップ制御が可能な車両用内燃機関１のシステム構成を示している。この内燃機関１は、車両のエンジンルーム内に搭載され、図示しない変速機を介して車両の駆動輪を駆動する一般的な内燃機関であって、４ストロークサイクルの火花点火式内燃機関いわゆるガソリン機関である。図示するように、燃焼室３の天井壁面に、一対の吸気弁４および一対の排気弁５が配置されているとともに、これらの吸気弁４および排気弁５に囲まれた中央部に点火プラグ６が配置されている。図示はしていないが、吸気弁４および排気弁５の動弁機構が、バルブタイミングを可変制御し得る可変バルブタイミング機構を備えた構成であってもよい。

【0014】

上記吸気弁４によって開閉される吸気ポート１５には、吸気弁４側へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１６が配置されている。燃料噴射弁１６は、ソレノイドもしくは圧電素子等を介して弁体が開作動することで燃料噴射を行う構成のものであり、燃料噴射量は、基本的に、燃料噴射時間（噴射パルス幅）に比例したものとなる。点火プラグ６の点火時期および燃料噴射弁１６による燃料の噴射時期ならびに噴射量はエンジンコントローラ８によって制御される。

【0015】

上記吸気ポート１５に接続された吸気通路１４のコレクタ部１８上流側には、エンジンコントローラ８からの制御信号によって開度が制御される電子制御型スロットルバルブ１９が配設されている。スロットルバルブ１９の上流側に、吸入空気量を検出するエアフロメータ２０が配設されており、さらに上流側に、エアクリーナ２２が配設されている。ここで、エアフロメータ２０は、吸気温度センサ（便宜上、符号２１を付す）が内蔵されたホットワイヤ式エアフロメータであり、付属する吸気温度センサ２１によって吸気通路１４内における吸気温度の検出が可能である。なお、エアフロメータ２０とは別に吸気温度センサ２１を設けるようにしてもよい。

【0016】

排気ポート１７に接続された排気通路２５には、三元触媒からなる触媒装置２６が介装されており、その上流側に、空燃比を検出する空燃比センサ２８が配置されている。

【0017】

また内燃機関１は、シリンダヘッド９およびシリンダブロック１０のウォータジャケット１１内を冷却水が流れるように構成されており、この冷却水の温度を検出する水温センサ１２が、シリンダブロック１０等の適当な位置に設けられている。

【0018】

上記エンジンコントローラ８には、上記のエアフロメータ２０、吸気温度センサ２１、空燃比センサ２８、水温センサ１２、のほか、機関回転速度を検出するためのクランク角センサ３２等の多数のセンサ類の検出信号が入力されている。さらに、運転者が操作するアクセルペダルの開度を示すアクセルペダル開度信号、ブレーキペダルの踏込操作を示すブレーキスイッチ信号、車速信号、空調装置からの始動要求信号、バッテリ電圧信号、等の種々の信号が、エンジンコントローラ８に、直接にあるいは他のコントローラを介して間接に、入力されている。エンジンコントローラ８は、これらの入力信号に基づき、内燃機関１を最適に制御している。

【0019】

エンジンコントローラ８は、交差点等で車両が停止したとき、つまりアイドルストップ条件が成立したときに、アイドルストップを実行し、内燃機関１を停止する。そして、その後再始動条件が成立したときに、図示しないスタータモータ（あるいはモータジェネレータ）を介して内燃機関１の再始動を行う。アイドルストップ条件は、例えば、車速がほぼ０、ブレーキスイッチＯＮ、冷却水温度がアイドルストップ許可水温よりも高い、バッテリ電圧が所定レベル以上、等のいくつかの条件（要素）のＡＮＤ条件である。再始動条件は、ブレーキスイッチＯＦＦ、空調装置からの始動要求、バッテリ電圧の低下、冷却水温度がアイドルストップ許可水温以下、といったいくつかの条件（要素）のＯＲ条件である。

【0020】

ここで、アイドルストップ許可水温は、吸気温度センサ２１が検出した吸気温度に応じて設定される。そして、エンジンコントローラ８は、車両の運転開始から運転終了までの間、この吸気温度に応じて設定されるアイドルストップ許可水温に基づいて、アイドルストップの禁止の判定を行う。

【0021】

図２は、アイドルストップ制御の機能ブロック図を示している。図示する各部は、ハードウェアないしソフトウェアによって実現されるものであり、図示するように、吸気温度演算部５１と、水温演算部５２と、アイドルストップ制御部５３と、アイドルストップ状態マネジメント部５４と、を含む。吸気温度演算部５１は、吸気温度センサ２１の検出信号に基づいて吸気温度を求め、この吸気温度の値をアイドルストップ制御部５３に出力する。一実施例では、後述するように、吸気温度演算部５１において吸気温度の検出値に補正が加えられることがあり、この場合は補正後の吸気温度が出力される。水温演算部５２は、水温センサ１２の検出信号に基づいて冷却水温度を求め、アイドルストップ制御部５３に出力する。アイドルストップ状態マネジメント部５４は、アイドルストップつまり内燃機関１の自動停止を行うオートストップ部５４ａと、内燃機関１の自動再始動を行うオートスタート部５４ｂと、を含む。

【0022】

アイドルストップ制御部５３は、アイドルストップ状態マネジメント部５４にアイドルストップの実行／禁止およびアイドルストップ後の再始動を指示するもので、ブレーキ操作等の運転者の操作に関連した条件を判定するドライバ条件部５５と、水温条件判定部５６ａを含む複数のシステム上の条件を判定するシステム条件部５６と、を含む。水温条件判定部５６ａは、吸気温度演算部５１から入力される吸気温度信号に基づいてアイドルストップ許可水温を設定し、水温演算部５２から入力される冷却水温度をこのアイドルストップ許可水温と比較して、冷却水温度がアイドルストップ許可水温以下である場合には、アイドルストップ状態マネジメント部５４にアイドルストップ禁止を指示する。

【0023】

吸気温度に応じたアイドルストップ許可水温の値は、例えばエンジンコントローラ８内に吸気温度をパラメータとしたテーブルの形で予め与えられている。図４は、吸気温度に対するアイドルストップ許可水温の特性を示した特性図である。図示例では、吸気温度が温度Ｔ１よりも高い場合は、アイドルストップ許可水温は、水温ＴＷ１であり、吸気温度が温度Ｔ１よりも低い温度Ｔ２以下では、アイドルストップ許可水温は、水温ＴＷ１よりも高い水温ＴＷ２となる。吸気温度がＴ１とＴ２の間では、吸気温度が低いほどアイドルストップ許可水温が高くなるように連続的に変化する。前述したように、これらの吸気温度とアイドルストップ許可水温との関係は、再始動時のＰＮ性能を考慮して、再始動時のＰＮが許容レベル内となるように設定されている。

【0024】

すなわち、アイドルストップ後の再始動時のＰＮの良否は、冷却水温度のみならず、吸気ポート１５内で燃料噴霧と混合する新気の温度つまり吸気温度に大きく影響される。吸気温度が低いほど燃料の気化が進まずに壁流が増えるため、ＰＮが悪化する。上記実施例では、吸気温度が低いときにアイドルストップ許可水温が高く設定され、アイドルストップの実行が抑制されるので、内燃機関１からの排気微粒子の排出が抑制される。

【0025】

また、上記実施例では、吸気温度が常に監視され、運転中の吸気温度に対応してアイドルストップ許可水温が可変的に設定される。例えば、車庫に停車していた車両が外へ走り出したような場合に、走行開始後に実際に吸気系に取り込まれる吸気の吸気温度に応じてアイドルストップ許可水温が設定される。そのため、吸気温度が低いにも拘わらずアイドルストップが実行されることがない。

【0026】

ここで、上記の吸気温度としては、基本的には吸気温度センサ２１が検出した値が用いられるが、本実施例では、内燃機関１の初回始動時（換言すれば車両のイグニッションスイッチＯＮ時）における吸気温度と冷却水温度とを比較し、両者が所定温度以上乖離しているときには、その乖離を相殺する方向に吸気温度を補正し、この補正後の吸気温度を用いてアイドルストップ許可水温を設定するようにしている。

【0027】

図５は、縦軸を初回始動時に検出された吸気温度とし横軸を初回始動時に検出された冷却水温度とした説明図である。斜めの線Ｌ１は、初回始動時における吸気温度と冷却水温度とが互いに等しい特性線を示している。例えば、内燃機関１が十分な時間放置されていると、吸気温度と冷却水温度とが平衡し、互いにほぼ等しい温度となり得る。線Ｌ１と平行な線Ｌ２および線Ｌ３は、冷却水温度に等しい吸気温度に対し±ΔＴの許容範囲を与えた場合の特性線を示している。初回始動時における吸気温度が線Ｌ２～線Ｌ３の範囲内にあれば、初回始動時における吸気温度と冷却水温度との乖離が許容範囲内であるものとして、初回始動直後から吸気温度センサ２１で検出した吸気温度の値をそのまま用いてアイドルストップ許可水温の設定が行われる。

【0028】

これに対し、例えば点Ｐ１で例示するように、初回始動時における吸気温度が冷却水温度から許容範囲（ΔＴ）以上高い場合は、所定の補正量（－ＴＨ）を検出値に加え、点Ｐ１’で示す補正後の吸気温度を算出する。逆に、点Ｐ２で例示するように、初回始動時における吸気温度が線Ｌ３よりも低い場合は、所定の補正量（＋ＴＨ）を検出値に加え、点Ｐ２’で示す補正後の吸気温度を求める。

【0029】

なお、一実施例においては、制御の簡略化のために、補正量ＴＨは許容範囲ΔＴよりも僅かに大きい固定値に設定されている。従って、補正後の吸気温度は、線Ｌ１から離れたものとなり得る。補正後の吸気温度が線Ｌ１上に得られるように、初回始動時における吸気温度と冷却水温度との差分に等しい補正量ＴＨを与えるようにしてもよい。

【0030】

内燃機関１の初回始動直後の吸気温度は、例えば、短距離走行後キーオフし、かつすぐに再度始動したような場合に、外気温度に比較して高くなり得る。このとき、冷却水温度は、外気温度に近いままとなる。従って、両者に乖離が生じる。このような乖離に対し上述したような補正を行うことで、補正後の吸気温度は、外気温度に近い温度となる。夏期に車庫に停車していた車両の走行を開始するような場合にも、同様に、吸気温度のみが高く検出されることがあり、上述した補正を行うことで、外気温度に近い補正後の吸気温度が得られる。

【0031】

従って、上記のように初回始動時における吸気温度と冷却水温度との乖離が大きい場合に吸気温度の補正を行うことで、初回始動直後から適正なアイドルストップ許可水温が得られることとなる。

【0032】

図３は、エンジンコントローラ８において実行されるアイドルストップ制御の処理の流れを示したフローチャートである。最初にステップ１において、初回始動直後であるか否かを判定する。車両のイグニッションスイッチＯＮから適当な時間が経過していれば、ステップ２へ進み、吸気温度センサ２１が検出した吸気温度の値をそのまま用いてアイドルストップ許可水温を設定する。

【0033】

初回始動直後であれば、ステップ３へ進み、始動時の冷却水温度と吸気温度との間に所定の乖離があるか否かを判定する。例えば上述した許容範囲（±ΔＴ）よりも大きな乖離がなければ、ステップ３からステップ２へ進み、吸気温度センサ２１が検出した吸気温度の値をそのまま用いてアイドルストップ許可水温を設定する。

【0034】

許容範囲（±ΔＴ）よりも大きく乖離している場合は、ステップ３からステップ４へ進み、検出した吸気温度の値に所定の補正量（±ＴＨ）を加える。つまり、所定量のオフセット補正を行い、補正後の吸気温度を得る。そして、ステップ５において、補正後の吸気温度に応じてアイドルストップ許可水温を設定する。

【0035】

以上、この発明の一実施例を詳細に説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

【0036】

なお、本発明は、筒内に燃料を噴射する筒内直接噴射式内燃機関にも適用が可能であるが、ポート噴射式内燃機関の方が再始動時のＰＮに関する吸気温度の影響が大であるので、上記実施例のようにポート噴射式内燃機関に適用することがより有益である。

【符号の説明】

【0037】

１…内燃機関
８…エンジンコントローラ
１２…水温センサ
１５…吸気ポート
１６…燃料噴射弁
２１…吸気温度センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】