JP2004162624A - 車両のエンジン自動停止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動発電機がエンジンにより駆動されて発電を行っているような状況から、違和感なく良好にエンジンの自動停止を行う。
【解決手段】エンジンに接続された電動発電機を備える。エンジン自動停止条件が成立すると（Ｓ１０）、燃料カットを伴うエンジン自動停止を開始する（Ｓ３０）。このエンジン自動停止を開始すると、発電禁止条件が成立しない限り（Ｓ４０，Ｓ６０，Ｓ７０，Ｓ９０）、エンジン自動停止の開始直前の発電トルクを初期値（前回値）として、発電トルクであるモータトルク指令値を徐々に低下させていく（Ｓ８０）。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号待ち等でエンジンの自動停止を行う車両のエンジン自動停止装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃費向上及び排気清浄化等を図るために、信号待ち等でエンジンの自動停止、いわゆるアイドルストップを行うエンジン自動停止装置が実用化されている。特許文献１には、エンジンを自動停止する際に、慣性によりエンジンのクランクシャフトが空転し、吸気ポート内に付着する燃料がシリンダ内に引き込まれて排出されることを抑制するために、発電トルクを付与して上記の空転を速やかに終わらせる技術が開示されている。上記の発電トルクは、エンジン回転数に応じた値をトルクテーブルから検索する、と記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
信号待ちのような車両の一時停止中であっても、バッテリの充電状態を表すＳＯＣ（ステート・オブ・チャージ）が所定の基準値に達していないような状況では、一般的に、エンジンにより電動発電機を駆動して発電を行う。このような状況でＳＯＣが基準値に達してエンジン自動停止条件が成立すると、燃料カットを伴うエンジンの自動停止が開始されることとなる。
【０００４】
上述した特許文献１では、エンジン自動停止を開始する直前の発電トルクについては考慮されておらず、エンジン回転数に応じて発電トルクを設定しているため、エンジン自動停止の開始直後に、発電トルクやエンジン回転数が大きく変動するおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、電動発電機がエンジンにより駆動されて発電を行っているような状況から、違和感なく良好にエンジンの自動停止を行うことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
エンジンに接続された電動発電機を備える。所定のエンジン自動停止条件が成立すると、エンジン自動停止を開始する。このエンジン自動停止を開始すると、エンジン自動停止の開始直前の発電トルクを初期値として、発電トルクを徐々に低下させる。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、電動発電機がエンジンにより駆動されて発電を行っているような状況から、違和感なく良好にエンジンの自動停止を行うことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明に係るエンジン自動停止装置が適用された車両を簡略的に示している。この車両は、車両走行駆動源としてエンジン１０と電動発電機１２とを併用するハイブリッド車両である。エンジン１０及び電動発電機１２は、周知の連続無段変速機（ＣＶＴ）や有段変速機のような変速装置１４を介して駆動輪１６に接続されている。エンジン１０と電動発電機１２とはプーリ１８，１９及びベルト２０を用いて機械的に接続されている。このエンジン１０と電動発電機１２との動力伝達経路には、その動力伝達を断続するクラッチ２２が設けられている。このクラッチ２２が締結している状況では、エンジン１０と電動発電機１２とは所定のプーリ比（例えば２．５）で連動して回転する。
【００１０】
電動発電機１２は、周知のインバータ２４及びジャンクションボックス２６を介して例えば３６Ｖ（４２Ｖ）等の強電系の主バッテリ２８に接続されており、力行運転及び回生運転の双方が可能である。すなわち、電動発電機１２は、エンジン１０又は車両走行エネルギーにより駆動されて発電を行い、その発電電力を主バッテリ２８へ蓄電する機能と、主バッテリ２８から供給される電力により力行運転を行い、エンジン１０を起動（クランキング）したり車両推進力を付与する機能と、を兼ね備えている。但し、この実施形態では、イグニッションスイッチの操作による初回のエンジン始動時には、スタータ３０によりエンジン１０をクランキングする。
【００１１】
上記の主バッテリ２８とは別に、１２Ｖ（１４Ｖ）等の弱電系の補助バッテリ３２が設けられている。主バッテリ２８と補助バッテリ３２とはＤＣ／ＤＣコンバータ３４を介して電気的に接続されており、互いに電力を授受することができる。後述する補機類やコントロールユニット等は補助バッテリ３２を電力源としている。
【００１２】
この車両の制御系は、複数のコントロールユニット５０〜５５が双方向通信可能に接続されたＣＡＮ等の車載ＬＡＮシステムを構成している。各コントロールユニット５０〜５５は、周知のように、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ及び入出力インターフェースを備えたデジタルコンピュータシステムである。統合制御ユニットであるＨＣＭ（ハイブリッド・コントロール・モジュール）５０は、各種センサ・スイッチ類３６等からの車両運転状態を表す信号に基づいて、他のコントロールユニット５１〜５５の他、電動パワーステアリング３８，クラッチ２２，スタータ３０，補助バッテリ３２に接続するＨＣＭリレー４０，ジャンクションボックス２６，及びランプ，ウォータポンプ，ヒータ，エアコンコンプレッサ等の補機類４２へ指令信号を出力する。このＨＣＭ５０の下で、他のコントロールユニット５１〜５５を含めて統合的に制御が行われる。
【００１３】
バッテリコントロールユニット５１は、バッテリ電圧センサ（図示省略）により検出される主バッテリ２８の電圧値と、バッテリ電流センサ（図示省略）により検出される主バッテリ２８の充放電電流値と、を複数サンプリングし、これらサンプリングされた電圧値及び電流値を回帰演算することで、無負荷時のバッテリ電圧を求め、この無負荷時のバッテリ電圧を予め設定・記憶されたマップに照らし合わせて、主バッテリ２８の充電状態を表すＳＯＣ（ステート・オブ・チャージ）を算出する。
【００１４】
モータコントローラ５２は、インバータ２４へ制御信号を出力して電動発電機１２のトルクや回転数を制御することにより、その力行・回生運転を制御する。なお、このモータコントローラ５２とインバータ２４とはパワーヘッド４４としてユニット化されている。エンジンコントロールモジュール５３は、燃料噴射時期・噴射量及び点火時期（ガソリンエンジンの場合）等の一般的なエンジン制御を行う。ＣＶＴコントロールユニット５４は、変速装置１４を変速制御する。ＡＢＳコントロールユニット５５は、ＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）の動作を制御する。
【００１５】
この車両では、信号待ち等で所定のエンジン自動停止条件（アイドルストップ条件）が成立するときに、燃料カットを伴うエンジン自動停止を行うとともに、このエンジン自動停止中に所定のエンジン自動再始動条件が成立すると、電動発電機１２によりエンジン１０をクランキングしてエンジンの自動再始動を行う。
【００１６】
図２は、本実施形態の要部をなす制御内容を示すフローチャートである。このルーチンは、例えばＨＣＭ５０により所定期間毎（例えば１０ｍｓ毎）に繰り返し実行される。
【００１７】
Ｓ（ステップ）１０では、所定のアイドルストップ条件が成立したかを判定する。例えば、車速センサにより検出される車速がほぼ０ｋｍ／ｈであり、バッテリのＳＯＣが所定値以上であり、アクセル操作量センサにより検出されるアクセル操作量が所定値以下であり、かつ、ブレーキＳＷがＯＮ（ブレーキペダルが踏み込まれている）等の条件が全て成立する場合に、アイドルストップ条件が成立したと判定され、所定のアイドルストップ許可信号が出力される。
【００１８】
アイドルストップ条件が成立していない場合にはＳ２０へ進み、一般的なモータトルク指令値あるいはモータ回転数指令値の設定処理を行う。例えば、主としてバッテリのＳＯＣを一定範囲に保つために、現在のＳＯＣに基づいて発電トルクを算出し、この発電トルクをモータトルク指令値としてモータコントローラ５２へ出力する。このモータトルク指令値を加味してエンジンへのトルク指令値が算出されることとなる。つまり、エンジン作動状態でのエンジントルク指令値は、アクセルペダルの操作量等に応じた要求駆動トルクに上記の発電トルクを上乗せした値に相当し、電動発電機１２を駆動するために必要なトルクを補うように設定される。なお、モータトルク指令値は、負の値のときは発電トルク、正の値のときは駆動（力行）トルクであり、その最新値は逐次更新・記憶される。あるいは、アイドル運転域等ではエンジン回転数を所定のアイドル回転数に精度良く保持するようにモータ回転数指令値を設定し、かつ、検出されるモータ回転数又はエンジン回転数に基づいてフィードバック制御を行うようにしてもよい。
【００１９】
アイドルストップ条件が成立するとＳ３０へ進み、燃料カット指令を出力してアイドルストップを開始する（エンジン自動停止手段）。具体的には、燃料カット指令フラグを立てる（１にする）。この指令を受けて、エンジンコントロールモジュール５３によりエンジンの燃料カットが開始されるとともに、燃料カット実行時間を計測するタイマーをスタートさせる。但し、この燃料カット処理は、後述するように、搭乗者に違和感を与えないように、全気筒の燃料を即座に一斉に停止するのではなく、半気筒カット等を含めて徐々に（段階的に）行われる。
【００２０】
燃料カット指令が出力されると、後述する発電禁止条件が成立しない限り、Ｓ８０において、モータトルク指令値を徐々に・連続的に低下させる（発電トルク低下手段）。具体的には、Ｓ８０ではモータトルク指令値の前回値の絶対値から所定の基本低下値だけ差し引く処理を行う。図２のルーチンは所定時間毎に繰り返し実行されるため、Ｓ８０が継続的に実行されると、モータトルク指令値の絶対値、すなわち発電トルクは一定の変化率で連続的に低下していくこととなる。上記の前回値は、燃料カット指令が出力された直後の場合、アイドルストップ条件が成立する直前のモータトルク指令値（負の値）となる。つまり、アイドルストップが開始されると、アイドルストップの開始直前の発電トルクを初期値として、発電トルクが一定の変化率で徐々に低下していく。
【００２１】
所定の発電禁止条件が成立すると、Ｓ５０へ進み、モータトルク指令値を０として、電動発電機１２による発電（発電トルクの低下処理中を含む）を禁止・終了する。発電禁止条件として、このルーチンでは以下の３つの条件を用いている。
【００２２】
第１に、エンジン１０の逆回転を確実に回避するために、Ｓ４０でエンジン回転数が所定のエンジン回転数しきい値（例えば３００ｒｐｍ）よりも低いと判定された場合、Ｓ５０へ進んで電動発電機１２による発電を禁止・終了する。但し、クランク角センサにより検出されるエンジン回転数に比してモータ回転数の検出精度が高く、かつ、上記のクラッチ２２が締結していればエンジン１０と電動発電機１２とは所定のプーリ比で連動して回転するために、この実施形態では、Ｓ４０でモータ回転数が所定のモータ回転数しきい値（例えば１１００ｒｐｍ）より低いかを判定することにより、エンジン回転数がエンジン回転数しきい値より低いかを容易かつ正確に判定している。
【００２３】
第２に、燃料カット指令値が正の値となって電動発電機１２が不用意に力行運転へ切り替わることのないように、Ｓ９０でモータトルク指令値の絶対値が所定のトルクしきい値よりも低いと判定されると、Ｓ５０へ進んで発電を禁止・終了する。Ｓ９０のトルクしきい値はＳ８０の基本低下値と同じ値を用いてもよい。
【００２４】
第３に、センサ類の故障等に対するフェイルセーフとして、何らかの理由でアイドルストップの開始後に必要以上に発電が行われ続けることのないように、Ｓ６０で燃料カットが実行中であり、かつ、Ｓ７０で燃料カットを開始してからの経過時間である燃料カット実行時間が所定の発電低下許容時間を越えていると判定された場合に、Ｓ５０へ進んで発電を禁止・終了する。上記の発電低下許容時間は、エンジン１０内に残留する燃料の気化が完了する時間を考慮して予め設定・記憶される。Ｓ６０の判定処理は、Ｓ３０で立てられる燃料カット指令フラグ及び後述する燃料カット実行フラグの状態に基づいて行うことができる。Ｓ７０の判定処理は、Ｓ３０で開始したタイマーを利用して行うことができる。
【００２５】
図３は、上記の制御処理を適用した場合のアイドルストップ前後の特性変化を示すタイムチャートである。この図３と図２のフローチャートの各処理とを対応させて説明する。
【００２６】
運転モード信号６７は、Ｓ１０のアイドルストップ条件が成立していない場合にはＨｉ，成立している場合にはＬｏが出力される。この運転モード信号６７がＨｉの状況、つまりアイドルストップ開始時期Ｔ１よりも前の状況では、エンジンが所定のエンジントルク（推定値）６４で作動しており、かつ、バッテリのＳＯＣに基づいてモータトルク指令値６３に負の値、すなわち発電トルクが与えられている（Ｓ２０）。
【００２７】
アイドルストップ開始時期Ｔ１は、Ｓ１０のアイドルストップ条件が成立する時期に相当する。このアイドルストップ開始時期Ｔ１では、運転モード信号６７がＨｉからＬｏに切り換えられるとともに、燃料カット指令フラグ６５が立てられる（Ｓ３０）。これと同時に、アイドルストップの開始直前のモータトルク指令値６３である発電トルク６３ｂを初期値として、モータトルク指令値６３が徐々に低下されていく（Ｓ８０）。
【００２８】
仮にこのアイドルストップ開始時期Ｔ１の直後に全気筒の燃料を即座に停止すると、未燃燃料の燃焼に起因してエンジン回転数が不用意に上昇して運転者に違和感を与えるおそれがあるので、先ず燃料噴射量（エンジントルク６４に対応）を徐々に低下させていき、半気筒停止時期Ｔ２になると、幾つか（典型的には半分）の気筒の燃料供給を停止し、その後、全気筒停止時期Ｔ３になると、残りの気筒の燃料供給を停止して、燃料カット処理を完了する。このように燃料カット処理が完了したことを受けて、燃料カット実行フラグ６６が立てられる。
【００２９】
このように燃料カット処置が完了しても、上述した発電禁止条件が成立していなければ、上述した発電トルクの低下処理が継続して行われる。つまり、全気筒停止時期Ｔ３の前後で発電トルクは一定の変化率で継続的に低下されていく。
【００３０】
その後の発電終了時期Ｔ４において、モータ回転数が所定のモータ回転数しきい値（例えば１１００ｒｐｍ）Ｓ１よりも低くなることにより、Ｓ４０の発電禁止条件が成立して、モータ回転数の指令値を０として、発電を禁止・終了する（Ｓ５０）。なお、上述した他の発電禁止条件が成立した場合にも、同様に発電を終えることとなる。
【００３１】
以上のような本実施形態によれば、以下に列記する作用効果を奏する。
【００３２】
エンジン自動停止の開始直前の発電トルク６３ｂを初期値として、アイドルストップの開始直後から発電トルクを徐々に低下させているため、アイドルストップに伴うエンジン回転数の不用意な上昇を抑制することができ、搭乗者に違和感を与えることがない。
【００３３】
アイドルストップに伴うオーバーシュートを抑制するために、発電トルクを一定の変化率で低下させており、エンジン回転数等のパラメータに基づいて高度な制御を行う必要がないために、制御が簡素であり適用が容易である。
【００３４】
図３の破線６３ａに示すように、仮に全気筒の燃料カットを終えた時点Ｔ３で発電トルクを０として発電を終了すると、破線６１ａに示すように、シリンダ内に残存する燃料が燃焼することによりエンジン回転数が不用意に上昇するおそれがある。これに対し本実施形態では、燃料カット完了時期Ｔ３の以降にも、所定の発電禁止条件が成立するまで、発電トルクの低下を継続しているため、上述したような不用意なエンジン回転数の上昇を招くおそれはない。しかも、単にアイドルストップ開始時期Ｔ１から開始した発電低下処理を継続しているだけであるため、制御も極めて簡素である。
【００３５】
エンジン回転数又はモータ回転数が所定の回転数しきい値よりも低くなると、モータトルク指令値６３を０として発電を終了・禁止するので、エンジンが誤って逆回転することを確実に防止することができる。
【００３６】
発電トルクが所定のトルクしきい値よりも低くなると、モータトルク指令値６３を０として、発電を禁止・終了するので、アイドルストップ完了後に電動発電機１２が誤って力行運転されることを確実に防止することができる。
【００３７】
燃料カットの実行中に、エンジン自動停止の開始時期Ｔ１から所定の発電低下許容時間が経過すると、発電トルクを０として発電を終了・禁止するので、センサの故障等により発電トルクが必要以上に長い期間にわたって付与され続けることを確実に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジン自動停止装置を備えた車両の概略構成図。
【図２】本実施形態に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図３】本実施形態に係るアイドルストップ前後の特性変化を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１０…エンジン
１２…電動発電機
２８…主バッテリ
５０〜５５…コントロールユニット

Claims (6)

1. エンジンに接続された電動発電機と、
   所定のエンジン自動停止条件が成立すると、エンジン自動停止を開始するエンジン自動停止手段と、
   上記エンジン自動停止が開始すると、エンジン自動停止の開始直前の発電トルクを初期値として、発電トルクを徐々に低下させる発電トルク低下手段と、
   を有する車両のエンジン自動停止装置。
2. 上記発電トルク低下手段は、発電トルクを一定の変化率で低下させる請求項１に記載の車両のエンジン自動停止装置。
3. 上記発電トルク低下手段は、全気筒の燃料供給を停止し終えた燃料カット完了後にも、所定の発電禁止条件が成立するまで、上記発電トルクの低下処理を継続する請求項１又は２に記載の車両のエンジン自動停止装置。
4. 上記発電禁止条件が、エンジン又は電動発電機の回転数が所定の回転数しきい値よりも低いこと、を含んでいる請求項３に記載の車両のエンジン自動停止装置。
5. 上記発電禁止条件が、上記発電トルクが所定のトルクしきい値よりも低いこと、を含んでいる請求項３又は４に記載の車両のエンジン自動停止装置。
6. 上記発電禁止条件が、燃料カットが実行中であり、かつ、エンジン自動停止の開始から所定の発電低下許容時間が経過したこと、を含んでいる請求項３〜５のいずれかに記載の車両のエンジン自動停止装置。

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