JP2000320366A - エンジン自動停止再始動車両 - Google Patents
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Abstract
ネレータによる回転数フィードバック制御において、再
始動直後に要求される応答性と、エンジン安定燃焼移行
後に要求される応答性とを両立させる。 【解決手段】 コントローラ13は、エンジン再始動指
令が出されると、モータジェネレータ2を用いてエンジ
ン1をクランキングする。そして、エンジン1の回転数
が所定回転数に到達後、モータジェネレータ2を用いて
エンジンの回転数フィードバック制御を行い、エンジン
1への燃料噴射と火花点火を再開する。この回転数フィ
ードバック制御において、コントローラ13はモータジ
ェネレータ2に要求される回生トルクに基づきエンジン
1の燃焼安定度を判定し、エンジン1が安定燃焼状態に
なったと判定した場合はフィードバックゲインを比較的
小さなものに切り換える。
Description
動停止し、発進する際にエンジンを自動再始動する車両
に関する。
ガス抑制を目的として、車両が信号待ちや渋滞で停車状
態にあるときにはエンジンを自動的に停止させ、発進す
る際にはエンジンを自動的に再始動する車両が開示され
ている。
タを備える車両においても同様のエンジンの自動停止及
び自動再始動が可能であり、この場合、モータジェネレ
ータをスタータモータとして利用してエンジンをクラン
キングし、エンジンを再始動することができる。さら
に、エンジン停止中は吸気管内が大気圧となっており、
ブーストが発達していない空気量過剰の状態で燃料噴射
及び火花点火が再開されると、始動直後にエンジンが急
激に吹け上がる可能性があるが、モータジェネレータに
回生運転させることによって始動直後のエンジントルク
(以下、初爆トルク)を吸収し、エンジン回転数の急激
な上昇を抑えることができる。
ようにモータジェネレータを用いてエンジンを再始動す
る車両にあっては、再始動指令直後は定格トルクでモー
タジェネレータをトルク制御し、エンジンをクランキン
グするが、エンジン回転数が所定回転数に到達した後は
エンジン回転数が所定回転数、例えば目標アイドル回転
数となるように回転数フィードバック制御に移行する。
制御のフィードバックゲインの設定に関し、以下のよう
な問題が生じる。
した場合は、回転数フィードバック制御の応答性が低下
するため、モータジェネレータが力行運転から回生運転
に直ちに切り換わることができない。そのため、エンジ
ンの初爆トルクをモータジェネレータの回生トルクによ
り十分に吸収することができず、トルクショックが発生
して運転性が低下するという問題がある。また、始動直
後の数サイクルはエンジンの燃焼安定度が低く、失火等
によるサイクル変動が大きいが、応答性が低いとこれを
モータジェネレータで補うことができず、アイドル回転
数の変動やアクセルペダルを踏み込んだ時の加速遅れ等
が発生するという問題もある。
応答性が向上しこれらの問題が生ることはないが、応答
性を高くすると、安定燃焼移行後のアイドリング時にお
いて、小さな回転数変動であってもモータジェネレータ
トルクが大きく変動することとなり、駆動系にベルト伝
動やチェーン伝動を用いている場合には音振性能が悪化
してしまう。また、短い周期でバッテリが充放電される
ことになるため、バッテリの劣化が促進されるという問
題も生じる。
であり、エンジン再始動時に行われるモータジェネレー
タによる回転数フィードバック制御において、再始動直
後に要求される応答性と、安定燃焼移行後に要求される
応答性とを両立させることを目的とする。
ンと、そのエンジンと同期して回転するモータジェネレ
ータと、エンジン再始動指令が出されると前記モータジ
ェネレータを用いて前記エンジンをクランキングする手
段と、前記エンジンの回転数が所定回転数に到達後、前
記モータジェネレータによる回転数フィードバック制御
を行い、前記エンジンへの燃料噴射を再開する手段とを
備えたエンジン自動停止再始動車両において、前記エン
ジンの安定燃焼状態を判定する燃焼安定度判定手段と、
判定された前記エンジンの燃焼安定度に応じて前記回転
数フィードバック制御のフィードバックゲインを切り換
えるフィードバックゲイン切換手段とを備えたことを特
徴とするものである。
ードバックゲイン切換手段が、前記エンジンが安定燃焼
状態になるまで第1のフィードバックゲインを設定し、
安定燃焼状態移行後は前記第1のフィードバックゲイン
よりも小さな第2のフィードバックゲインに切り換える
ことを特徴とするものである。
いて、燃焼安定度判定手段が、前記モータジェネレータ
に要求される回生トルクが所定値よりも大きな状態が所
定サイクル以上継続したときに前記エンジンが安定燃焼
状態となったと判定することを特徴とするものである。
て、燃焼安定度判定手段が、前記モータジェネレータに
要求される回生トルクの平均値が所定値よりも大きな状
態が所定サイクル以上継続したときにエンジンが安定燃
焼状態となったと判定することを特徴とするものであ
る。
て、フィードバックゲイン切換手段が、前記エンジン再
起動指令が出されてから所定時間経過すると前記回転数
フィードバック制御のフィードバックゲインを切り換え
ることを特徴とするものである。
の燃焼安定度に応じて回転数フィードバック制御のフィ
ードバックゲインが変更される。例えば、エンジン始動
直後は、初爆トルクを抑えるべくモータジェネレータを
力行運転から回生運転に直ちに切り換える必要があり、
また、燃焼状態が安定していないため高応答性が要求さ
れるが、このような状況では比較的大きなフィードバッ
クゲインを設定することができ、回転数フィードバック
制御の応答性を向上させることができる。
後は、小さなエンジン回転数変動を拾ってモータジェネ
レータのトルクが大きく変動するのを抑え、バッテリの
充放電が短い周期で繰り返されるのを防止する必要があ
るが、このような場合にはフィードバックゲインを比較
的小さな値に切り換えることができ、回転数フィードバ
ック制御の応答性を抑えることができる。
ジェネレータに要求される回生トルクに基づきエンジン
が安定燃焼状態に移行する時期を適切に判断することが
できる。特に、第4の発明によると、気筒間の燃焼バラ
ツキが大きなエンジンであってもエンジンが安定燃焼状
態に移行したことを適切に判断することができる。
動指令からの経過時間が所定時間を超えるとフィードバ
ックゲインが切り換えられる。これにより、所定時間経
過後には燃焼安定度に関係無くフィードバックゲインが
切り換えられ、バッテリへの負担が大きなフィードバッ
クゲイン大の状態が必要以上に継続するのを防止でき
る。
実施の形態について説明する。
始動車両の概略構成を示したものである。エンジン1の
出力はトルクコンバータ3、前後進切換機構4、ベルト
式無段変速機構5、駆動軸6を介して駆動輪7に伝達さ
れる構成となっており、エンジン1とトルクコンバータ
3の間には、クランク軸に直結されてエンジン1と同期
回転するモータジェネレータ2が介装されている。
点火プラグが各気筒毎に設けられており、吸入空気量に
見合った燃料噴射、エンジン負荷及びエンジン回転数に
見合った火花点火が行われる。エンジン1は各気筒の吸
気ポートにインジェクタを設けて燃料を噴射するいわゆ
るマルチポイントインジェクション方式のエンジンであ
るが、各気筒内に燃料を直接噴射する直噴方式のエンジ
ンであってもよい。
電機としても機能することが可能な交流機である。モー
タジェネレータ2は、インバータ9を介してバッテリ8
から電力供給を受けて力行運転することができ、また、
エンジン1の出力を受けて回生運転し、インバータ9を
介してバッテリ8を充電することができる。
転数はクランク角センサ10から出力されるREF信号
周期に基づき検出され、エンジン1の吸入空気量、冷却
水温は図示しないエアフロメータ、水温センサにより検
出される。また、運転者によるブレーキペダルの踏み込
み操作、アクセルペダルの操作量はそれぞれブレーキセ
ンサ11、アクセルセンサ12により検出される。
状態に基づき、エンジン1、モータジェネレータ2、無
段変速機構5等を統括制御し、発進時や高負荷時にはモ
ータジェネレータ2を力行運転させて駆動力をアシスト
する。また、減速時や降坂路走行時にはモータジェネレ
ータ2を回生運転して制動力をアシストし、回生した電
力によりバッテリ8を充電する。
滞時に、車速ゼロ、ブレーキペダルONかつ暖機運転終
了等の所定のエンジン自動停止条件が成立するとエンジ
ン1への燃料噴射を停止し、エンジン1を自動停止させ
る。
ーキペダルの踏み込みが解除された、あるいはエンジン
停止時間が所定時間を超えた等の所定の再起動条件が成
立すると、エンジン再起動指令が出され、エンジン1の
自動再始動を行う。
ミングチャートに示す。
ーキペダルの踏み込みを解除する等して所定のエンジン
再起動条件が成立するとエンジン再起動指令が出され、
モータジェネレータ2によりエンジン1のクランキング
が開始される(時刻t1)。このときモータジェネレー
タ2は定格トルク(最大トルク)となるようトルク制御
される。
回転数まで上昇すると(時刻t2)、エンジン1がアイ
ドル回転数を維持するよう、モータジェネレータ2によ
る回転数フィードバック制御に移行する。
所定時間経過すると、エンジン1への燃料噴射と火花点
火を開始しエンジン1を着火する(時刻t3)。このと
き吸気管内のブーストが十分に発達していないと空気量
過剰状態で着火することになり、エンジン1が急激に吹
け上がろうとするが、モータジェネレータ2が力行運転
から回生運転に直ちに切り換わってエンジン1の初爆ト
ルクを吸収する。
合、モータジェネレータ2の回生トルクによりエンジン
回転数はアイドル回転数に抑え込まれる。アクセルペダ
ルが踏み込まれている場合は、モータジェネレータ2の
回生トルクが図中点線で示す回生トルクリミッタにより
制限されているので、余剰空気量相当のエンジントルク
のみが吸収され、アクセル操作量に応じた自然な加速を
得ることができる。回生トルクリミッタは、例えば、回
転数制御移行後所定値から一定割合で減少し、エンジン
起動完了後ゼロまたはゼロ近傍の値に近付くように設定
される。
れモータジェネレータ2の回生トルクは徐々に減少し、
発電要求がない場合はゼロに近付く。その後もモータジ
ェネレータ2による回転数フィードバック制御を継続す
るが、回生トルクリミッタによりモータジェネレータ2
によって吸収されるエンジントルクがほぼゼロに制限さ
れているので、アクセルペダルが踏み込まれればエンジ
ン回転数はアイドル回転数を超えて上昇し、アクセル操
作に応じた加速が得られる。
転数に達した時刻t2以降は、モータジェネレータ2に
よる回転数フィードバック制御が行われるのであるが、
エンジン起動直後は、エンジン1の初爆トルクを吸収す
べく力行運転から回生運転に直ちに切り換わる必要があ
り、また、燃焼安定度が低く回転数変動が大きいため、
回転数フィードバック制御には高い応答性が要求され
る。
た後は、小さなエンジン回転数変動の影響を受けてモー
タジェネレータトルクが大きく変動し、バッテリ8の充
放電が短い周期で繰り返されるのを防止するため、回転
数フィードバック制御の応答性を低く抑える必要があ
る。
べく、図3に示すフローチャートを処理し、回転数フィ
ードバック制御のフィードバックゲインをエンジン1の
燃焼安定度等に応じて設定する。このフローチャートは
エンジン自動停止状態からエンジンを再起動させる際に
コントローラ13においてREF信号周期で繰り返され
る。
エンジン再起動指令が出されたか否かが判断される。エ
ンジン再起動指令は運転者がブレーキペダルの踏み込み
を解除したとき、エンジン停止時間が所定時間を超えた
とき等に出される。
はステップS12で再始動指令からの経過時間をカウン
トするディレイタイマTMSTRTにゼロをセットし、
ステップS13で回転数フィードバック制御のフィード
バックゲインに比較的小さな第2のフィードバックゲイ
ンGLOWをセットしてスタートに戻る。
令が出されている場合はステップS14へ進み、ディレ
イタイマTMSTRTをREF周期TREFだけ増加さ
せ、再始動指令が出されてからの経過時間を演算する。
TRTが所定時間DTSTRT#を超えたか否かが判断
される。この所定時間DTSTRT#はエンジン1、モ
ータジェネレータ2、バッテリ8の性能によって決定さ
れる。所定時間DTSTRT#に小さな値を設定するほ
どバッテリ保護を優先した設定となる。所定時間DTS
TRT#は、例えば、(エンジン性能で決まるアイドル
時の回転変動幅)×(後述する比較的大きな第1のフィ
ードバックゲインGHIGH)という条件でモータジェネレ
ータ2のトルクが変動した場合に発生する電流変動を、
バッテリ8に対して与え続けられる時間に設定される。
TSTRT#を超えている場合はステップS13へ進
み、回転数フィードバック制御のフィードバックゲイン
に比較的小さな第2のフィードバックゲインGLOWを設
定しスタートに戻る。
が所定時間DTSTRT#を超えていない場合はステッ
プS16へ進む。ステップS16ではエンジン1のトル
クを抑えこむためにモータジェネレータ2に要求される
トルク(モータトルクF/B要求値)TQMTFBを演
算する。モータトルクF/B要求値TQMTFBは次式
により演算される。
値)×(フィードバックゲイン) ステップS17からステップS19では、このモータト
ルクF/B要求値TQMTFBの絶対値が回生トルクリ
ミッタTRQLMTSTを超えてからのサイクル数、す
なわちエンジン1が完爆状態となってトルクを発生し始
め、回生トルクリミッタ以上のトルクを発生するように
なってからのサイクル数をカウントする。そして、ステ
ップS20では、このディレイタイマTMTQLMが所
定値DTTQLM#以上となったか否かが判断される。
次式により設定される。この場合、全気筒が少なくとも
2サイクル連続して所定値以上のトルクを発生したらエ
ンジン1が安定燃焼状態に移行したと判定することにな
る。
上となった場合はエンジンが安定燃焼状態に移行したと
判断してステップS13へ進み、回転数フィードバック
制御のフィードバックゲインに比較的小さな第2のフィ
ードバックゲインGLOWを設定する。
値DTTTQLM#よりも小さい場合はステップS21
へ進み、今度はモータジェネレータ2に要求されるトル
クの平均値AVTQMTを演算する。
タイマTMAVTQを用いて、モータジェネレータ2に
要求されるトルクの平均値AVTQMTの絶対値が完爆
判定値TQFCMPを超えてからのサイクル数がカウン
トされる。ここで完爆判定値TQFCMPは定常時のト
ルクに対し、一定の係数(例えば0.8)、個体ばらつ
き等を考慮して設定され、エンジン1の吸入空気量TP
から図4に示すテーブルを参照して演算される。
AVTRQが所定値DTAVTQ#を超えたか否かが判
断される。所定値DTAVTQ#は、例えば、次式によ
り設定される。この場合、要求されるトルクの平均値の
絶対値が所定値以上の状態が2サイクル以上継続した場
合にエンジン1が安定燃焼状態に移行したと判定するこ
とになる。
を超えている場合はエンジン1が安定燃焼状態に移行し
たと判断してステップS13へ進み、回転数フィードバ
ック制御のフィードバックゲインに比較的小さな第2の
フィードバックゲインGLOWを設定する。
TAVTQ#を超えていない場合はステップS26へ進
んで回転数フィードバック制御のフィードバックゲイン
に比較的大きな第1のフィードバックゲインGHIGH(>
GLOW)を設定する。
より、回転数フィードバック制御開始当初は大きなフィ
ードバックゲインGHIGHが設定されているが、モータジ
ェネレータ2の要求される回生トルク若しくはその平均
値が所定値よりも大きな状態が所定サイクル継続したと
き、あるいはエンジン再起動指令が出されてから所定時
間経過したときにフィードバックゲインが比較的小さな
フィードバックゲインGLOWに切り換えられることにな
る。
刻t3でモータジェネレータ2に要求される回生トルク
が回生トルクリミッタ以上となり、回生トルクが回生ト
ルクリミッタに張り付いた状態となるが、その状態が所
定サイクル継続した時刻t4にエンジン1が安定燃焼状
態に移行したと判断され、フィードバックゲインがG
HIGHからGLOWへと切り換えられる。
張り付いた状態が所定時間経過した場合を示すが、モー
タジェネレータ2に要求される回生トルクの平均値が所
定値よりも大きな状態が所定サイクル継続した場合にも
同様にフィードバックゲインが切り換えられる。気筒間
の燃焼バラツキが大きいエンジンの場合、安定燃焼状態
であっても回生トルクリミッタに張りついた状態が継続
しないこともあるが、このように平均値を用いてエンジ
ン1の判定を行うことにより、エンジン1が安定燃焼状
態に移行したことを正しく判定することができる。
張り付いた状態、あるいは要求される回生トルクの平均
値が所定値よりも大きな状態が所定サイクル継続しなく
ても、エンジン起動指令が出されてから所定時間経過す
るとフィードバックゲインが比較的小さな値に切り換え
られる。これにより、充放電が短い周期で繰り返されバ
ッテリ8への負担が大きいフィードバックゲイン大の状
態が必要以上に継続するのを防止できる。
転数フィードバック制御のフィードバックゲインをエン
ジンの燃焼安定度、エンジン起動指令からの経過時間に
応じて変更するようにしたことにより、回転数フィード
バック制御において、再始動直後に要求される応答性
と、安定燃焼状態移行後に要求される応答性とを両立す
ることができる。
り、本発明が適用可能な車両、制御装置の構成がこの実
施形態の構成に限定されるものではない。本発明の技術
的範囲は特許請求の範囲に基づいて定められ、特許請求
の範囲に記載した発明の範囲に属する変更例は全て本発
明の範囲に含まれる。
略構成図である。
ャートである。
インを設定するためのフローチャートである。
Claims (5)
- 【請求項1】エンジンと、そのエンジンと同期して回転
するモータジェネレータと、 エンジン再始動指令が出されると前記モータジェネレー
タを用いて前記エンジンをクランキングする手段と、 前記エンジンの回転数が所定回転数に到達後、前記モー
タジェネレータによる回転数フィードバック制御を行
い、前記エンジンへの燃料噴射を再開する手段と、を備
えたエンジン自動停止再始動車両において、 前記エンジンの安定燃焼状態を判定する燃焼安定度判定
手段と、 判定された前記エンジンの燃焼安定度に応じて前記回転
数フィードバック制御のフィードバックゲインを切り換
えるフィードバックゲイン切換手段と、を備えたことを
特徴とするエンジン自動停止再始動車両。 - 【請求項2】前記フィードバックゲイン切換手段は、前
記エンジンが安定燃焼状態になるまで第1のフィードバ
ックゲインを設定し、安定燃焼状態移行後は前記第1の
フィードバックゲインよりも小さな第2のフィードバッ
クゲインに切り換えることを特徴とする請求項1に記載
のエンジン自動停止再始動車両。 - 【請求項3】前記燃焼安定度判定手段は、前記モータジ
ェネレータに要求される回生トルクが所定値よりも大き
な状態が所定サイクル以上継続したときに前記エンジン
が安定燃焼状態となったと判定することを特徴とする請
求項1または2に記載のエンジン自動停止再始動車両。 - 【請求項4】前記燃焼安定度判定手段は、前記モータジ
ェネレータに要求される回生トルクの平均値が所定値よ
りも大きな状態が所定サイクル以上継続したときにエン
ジンが安定燃焼状態となったと判定することを特徴とす
る請求項1から3のいずれかひとつに記載のエンジン自
動停止再始動車両。 - 【請求項5】前記フィードバックゲイン切換手段は、前
記エンジン再起動指令が出されてから所定時間経過する
と前記回転数フィードバック制御のフィードバックゲイ
ンを切り換えることを特徴とする請求項1から4のいず
れかひとつに記載のエンジン自動停止再始動車両。
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