JP2004324447A

JP2004324447A - エンジン制御装置

Info

Publication number: JP2004324447A
Application number: JP2003116740A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yamanaka; 剛山中
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-04-22
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2004-11-18

Abstract

【課題】エンジン自動停止・再始動するアイドルストップ車両において、エンジン停止時の補機駆動を速やかに行い、燃費を改善する。
【解決手段】エンジン停止時にモータ駆動される補機と、エンジンの自動停止時期を推定する停止時期推定手段と、エンジン自動停止時に前記推定停止時期以前に前記補機の駆動を開始する補機駆動制御手段とを備え、車両減速時に推定したエンジンの停止時期以前に補機駆動が完了するように補機駆動用モータの駆動を開始する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の運行状態に応じてエンジンを自動的に停止または再始動させるエンジン制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の一時停止等に伴いエンジンを自動停止させ、発進時に再始動するエンジン制御装置として、特許文献１に示したようなものが知られている。この装置では、停止前にエンジンにより駆動していた補機類を停止後にはバッテリに蓄えられた電力を用いたモータ駆動に切り換えることで、エンジン停止状態でのパワーステアリングやエアコンコンプレッサの負荷要求に対応できるようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３３９１８５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の装置ではエンジンを自動停止させる条件が成立した時点つまり車両が実際に停止してから補機の駆動源をエンジンから電力によりモータへと切り換えるようにしていたので、その切換が完了するまではエンジンを停止させることができず燃料が浪費されるという問題点があった。
【０００５】
【発明の概要】
本発明では、エンジンの自動停止時期を車両の運行状態に応じて推定し、エンジン自動停止にあたっては当該自動停止時期が到来する以前に補機の駆動を開始する。
【０００６】
本発明によれば、エンジン停止時期を推定して事前に補機の駆動を開始させることにより、実際にエンジン自動停止条件が成立した時点でエンジンを速やかに停止させることができ、これにより燃費改善を図ることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明を適用したエンジン自動・停止制御装置を備えた車両システムの機械的構成を示している。図中にブロック状に表した複数の構成要素を相互に結んでいる実線は電源経路、破線は制御信号経路である。
【０００８】
図において、エンジン１には通常始動用のスタータモータ２と再始動用のモータ３とが備えられている。スタータモータ２は、車両の運行開始時に運転者のスタータスイッチ操作により、またはモータ３による再始動に失敗したときにエンジン始動を行うためのものである。再始動用のモータ３はエンジン自動停止後の再始動のためのものであり、発電機の機能を併有するモータジェネレータで構成されている。エンジン１は主制御装置４により運行中の信号待ち等による停車時に自動停止され、自動停止した状態からの発進時には前述のモータ３により自動的に再始動される。
【０００９】
モータ３は、ベルト装置５を介してエンジン１に連接されており、モータ３の回転は前記ベルト装置５を介して所定の減速比でエンジンクランク軸に伝達され、エンジン１の再始動が行われる。モータ３にはバッテリ６から電力が供給される。この電力供給は、主制御装置４からの指令に基づき、モータジェネレータ制御装置７が行う。モータジェネレータ制御装置７は、モータ３が発電作動するときの充電管理も行う。
【００１０】
主制御装置４は、マイクロコンピュータおよびその周辺装置からなり、本発明に係る各種の演算および制御を行う機能を備えている。主制御装置４は、電圧センサ１１からのバッテリ電圧信号、アクセルセンサ１２からのアクセル操作量信号、ブレーキセンサ１３からのブレーキ操作量信号、車速センサ１４からの車速信号、イグニッションスイッチ１５からの起動状態信号に基づいて、エンジン１の自動停止・再始動制御を行う。
【００１１】
エンジン１には、以下の通り常時または必要時に駆動される各種の補機類が装備されている。２１はエンジン冷却水系統に冷却水を循環させる電動ウオータポンプであり、エンジンのシリンダブロックに設けられたエンジン駆動のウオータポンプ３０とは別個に設けられ、主制御装置４からの指令に応じてエンジン停止時に作動する。エンジン運転時はエンジン駆動のウオータポンプにより冷却水を循環させ、エンジン停止時には電動ウオータポンプ２１により冷却水を循環させて冷却性能および車室内ヒータの熱源を確保する。
【００１２】
２２はトルクコンバータ３１および変速機構３２からなる自動変速機の作動油圧を発生する電動油圧ポンプである。エンジン運転時はエンジン動力により作動する油圧ポンプ３３により変速機作動油圧を得ているが、エンジン停止時にはこのポンプ３３は作動しなくなるので、これに代えて電動油圧ポンプ２２を駆動し、必要な作動油圧を確保する。
【００１３】
２３は制動時に真空倍力機構により制動力を補助する電動ブレーキブースタである。エンジンの吸気管負圧を作動負圧源とする通常のブレーキブースタはエンジン停止時には利用できなくなるので、電動真空ポンプにより作動負圧を確保する電動ブレーキブースタ２３により、制動補助に必要な機能を確保する。
【００１４】
２４はエアコン用コンプレッサである。エアコン用コンプレッサ２４は、エンジン運転時にはベルト装置５を介してエンジンにより駆動され、エンジン停止時にはモータ２５により駆動される。エアコン用コンプレッサ２４は、運転者による操作に基づきエアコン制御装置３５からの指令が入力したときのみ、コンプレッサ２４に内蔵されたクラッチを介してベルト装置５またはモータ２５に接続され、空調が不要なときは駆動力が切り離されている。
【００１５】
２６は車両のパワーステアリング装置に作動油圧を供給するパワーステアリング用油圧ポンプである。パワーステアリング用油圧ポンプ２６は、エンジン運転時にはベルト装置５を介してエンジンにより駆動され、エンジン停止時にはモータ２７により駆動される。２８はパワーステアリング用油圧ポンプ２６の制御装置であり、主制御装置４からの指令に基づき、車速等の運転状態に応じて油圧ポンプ２６の流量制御を行うと共に、エンジン運転時には図示しないクラッチを介して油圧ポンプ２６をベルト装置５から切り離し、モータ２７による駆動へと切り換える。
【００１６】
図中の３６は変速機制御装置、３７は電動ラジエータファン、３８はバッテリ制御装置、３９は車内電装品の制御装置、４０はエンジンルーム電装品の制御装置であり、それぞれ主制御装置４からの指令に基づいて作動する。また、４１は車両のドライブシャフト、４２は駆動輪である前輪、４３は後輪である。
【００１７】
図２および図３に前記コントロールユニット４により実行されるエンジン自動停止制御の処理手順を、図４に前記処理手順を実行したときのタイミングチャートをそれぞれ示す。図２〜図３の処理は所定周期で繰り返し実行される。
【００１８】
この処理では、車両が運行中に停止したときにエンジンを自動停止し、その状態から発進するときにエンジンを自動始動するいわゆるアイドルストップ車両を前提として、当該アイドルストップ制御の過程でエンジン運転中に停車時期すなわちエンジン停止時期を予測して事前に必要な補機類の駆動を開始する。図および以下の説明において符号Ｓは処理ステップ番号である。
【００１９】
図２において、まずＳ１０にてエンジンが運転中であるか否かを例えばエンジン回転数等から判定する。エンジン運転中である場合は、Ｓ２０，Ｓ３０，Ｓ４０にてそれぞれアクセル操作量Ｑａ、ブレーキ操作量Ｆｂａ、車速Ｖｓをそれぞれ検出し、Ｓ５０にて前記検出結果に基づいて駆動力Ｆを演算する。次式１はこのための演算式の一例である。
【００２０】
【式１】
Ｆ＝（Ｔｅ×Ｇｔ×Ｇｆ×Ｔｒ）×Ｒ−Ｆｂ
ただし、Ｔｅ：エンジントルク
Ｇｔ：変速機ギア比
Ｇｆ：ファイナルギア比
Ｔｒ：トルクコンバータのトルク増幅比
Ｒ：タイヤ動半径
Ｆｂ：ブレーキ制動力である。
【００２１】
エンジントルクＴｅは、車両駆動系の総減速比Ｇｔ×Ｇｆ、タイヤ動半径Ｒ、車速Ｖｓの関係から求まるエンジン回転数と、アクセル操作量Ｑａ（吸入空気量）および点火時期の関数として、またブレーキ制動力Ｆｂはブレーキ操作量Ｆｂａの関数として、それぞれ決定することができる。前記の関係を演算して求める代わりに、前記各検出量をパラメータとして駆動力を与えるように予め形成したマップを検索することで駆動力Ｆを得るようにしてもよい。減速時の制御においてはアクセル操作量は常にゼロになるとみなせば、エンジントルクＴｅは回転数のみの関数として表すこともできる。
【００２２】
次にＳ６０にて前記駆動力Ｆの演算結果が負であるか否か、つまり車両が減速中であるか否かを判定する。駆動力Ｆが負のとき（図４の▲１▼−▲３▼以降の時点）は、次いでＳ７０にて現時点から車両が減速して停止するまでの時間（停止時期）ΔＴを前記駆動力Ｆと車速Ｖを用いて推定する。次式２はこのための演算式の一例である。
【００２３】
【式２】
ΔＴ＝Ｍ（Ｖｏ −Ｖ）／Ｆ
ただし、Ｍ：車両質量
Ｖｏ：目標車速（＝０ｋｍ／ｈ）
Ｖ：現車速である。
【００２４】
目標車速Ｖｏは、ここでは停止までの時間を求めるのでＶｏ＝０となる。ΔＴもマップ検索により求めるようにすることができる。
【００２５】
ここで、式２中のＭ（Ｖｏ −Ｖ）の項は車両が走行している場合には負の値をとるので、現在の駆動力が負の値をとる場合、つまりブレーキ制動力Ｆｂがエンジン駆動力Ｆより大きい場合またはエンジンブレーキ作用によりエンジン駆動力Ｆそのものが負となる場合には、ΔＴは正の値をとる。
【００２６】
停止時期ΔＴを演算した後、Ｓ７５の補機駆動制御ルーチンで各種補機類をモータ駆動開始してから定格状態に達するまでの時間とΔＴを比較し、ΔＴが時定数として設定された前記補機駆動時間以下となった時点で当該補機の駆動を開始する制御を実行する。前記補機駆動の時定数は補機ごとにそれぞれの特性および負荷状態に対応するように、モータによる駆動を開始してから所期の作動状態になるまでの時間が予め実験等により設定されている。ここでは、パワーステアリング用油圧ポンプ２７、変速機用油圧ポンプ２２、エアコン用電動コンプレッサ２４、電動ウオータポンプ２１、ブレーキブースタ用電動真空ポンプ２３の順に時定数が長いものとして、その駆動を制御する場合について説明する。
【００２７】
図３に前記Ｓ７５の補機駆動制御ルーチンの詳細を示す。まずＳ８０にてパワーステアリング（ＰＳ）用電動油圧ポンプ２６の時定数Ｔｐｓと停止時期ΔＴを比較し、ΔＴ≦ＴｐｓのときはＳ９０にてモータ２７により油圧ポンプ２６を駆動すると共に、油圧ポンプ２６の駆動完了時期を計測するためのタイマＴ１をカウントする（図４の▲４▼の時点）。なお、後のＳ１８０の処理（図２）においてＴ１≧Ｔｐｓであれば駆動完了と判定される。Ｓ８０にてΔＴ＞Ｔｐｓのときは油圧ポンプ２６をまだ駆動開始する必要がないのでＳ９０を迂回する。
【００２８】
Ｓ１００では変速機用電動油圧ポンプ２２の時定数Ｔａｔと停止時期ΔＴを比較し、ΔＴ≦ＴａｔのときはＳ１１０にて油圧ポンプ２２を駆動すると共に、油圧ポンプ２２の駆動完了時期を計測するためのタイマＴ２をカウントする（図４の▲５▼の時点）。後のＳ１８０の処理においてＴ２≧Ｔａｔであれば駆動完了と判定される。Ｓ１００にてΔＴ＞Ｔａｔのときは油圧ポンプ２２をまだ駆動開始する必要がないのでＳ１１０を迂回する。
【００２９】
Ｓ１２０ではエアコン用コンプレッサ２４の駆動制御にあたり、まずエアコンが使用状態か否かを判定する。エアコンＯＮの使用状態であれば、Ｓ１２５にてエアコン用コンプレッサ２４の時定数Ｔａｃと停止時期ΔＴを比較し、ΔＴ≦ＴａｃのときはＳ１３０にてモータ２５によりコンプレッサ２４を駆動すると共に、コンプレッサ２４の駆動完了時期を計測するためのタイマＴ３をカウントする（図４の▲６▼の時点）。後のＳ１８０の処理においてＴ３≧Ｔａｃであれば駆動完了と判定される。Ｓ１２５にてΔＴ＞Ｔａｃのときはコンプレッサ２４をまだ駆動開始する必要がないのでＳ１３０を迂回する。また、Ｓ１２０にてエアコンが使用中ではないと判定された場合にはコンプレッサ２４を駆動する必要がないのでＳ１３５にてＴａｃを０に設定したうえでＳ１３０の処理を迂回する。
【００３０】
Ｓ１４０では電動ウオータポンプ２１の時定数Ｔｗｐと停止時期ΔＴを比較し、ΔＴ≦ＴｗｐのときはＳ１５０にて電動ウオータポンプ２１を駆動すると共に、電動ウオータポンプ２１の駆動完了時期を計測するためのタイマＴ４をカウントする（図４の▲７▼の時点）。後のＳ１８０の処理においてＴ４≧Ｔｗｐであれば駆動完了と判定される。Ｓ１４０にてΔＴ＞Ｔｗｐのときは電動ウオータポンプ２１をまだ駆動開始する必要がないのでＳ１５０を迂回する。
【００３１】
Ｓ１６０では電動ブレーキブースタ２３の時定数Ｔｂｂと停止時期ΔＴを比較し、ΔＴ≦ＴｂｂのときはＳ１７０にて電動ブレーキブースタ２３を駆動すると共に、電動ブレーキブースタ２３の駆動完了時期を計測するためのタイマＴ５をカウントする（図４の▲８▼の時点）。後のＳ１８０の処理においてＴ５≧Ｔｂｂであれば駆動完了と判定される。Ｓ１６０にてΔＴ＞Ｔｂｂのときは電動ブレーキブースタ２３をまだ駆動開始する必要がないのでＳ１７０を迂回する。
【００３２】
前述のＳ１７０までのルーチンが一巡したのちは図２のＳ１８０の処理に移る。Ｓ１８０では、既述したように各補機の駆動完了を判定するためのタイマＴ１〜Ｔ５の状態を調べる。なお、図４ではＴ１〜Ｔ５はそれぞれカウントダウンタイマとして表してあり、初期値として各々に与えられた時定数（Ｔｐｓ，Ｔａｔ，Ｔａｃ，Ｔｗｐ，Ｔｂｂ）が０になった時点で駆動完了と判定する構成となっている。また、タイマＴ１〜Ｔ５は、図示しないがスタータスイッチ操作によるエンジン始動時に初期化されているものとする。
【００３３】
Ｓ１８０にて各タイマＴ１〜Ｔ５がすべてカウント完了となっている場合（図４の▲９▼の時点）、すなわちすべての補機が駆動完了となっている場合は、次いでＳ１９０〜Ｓ２００の停止条件判定処理に移る。まずＳ１９０では車速が０か否かを判定し、車速が０で停車状態のときは次にその他の所要の条件、例えばアクセル操作量が所定値以下かつブレーキ操作量が所定値以上という条件を満たしているか否かを判定し、前記条件を満たしているときにはＳ２１０にてエンジンを停止させ（図４の（１０）の時点）、各タイマＴ１〜Ｔ５を初期化してエンジン自動停止処理を終了し、Ｓ２２０のエンジン自動再始動のためのサブルーチンに移行する。Ｓ１８０〜Ｓ２００の条件が何れかでも満たされていないときにはエンジンを停止させることなくＳ１０に戻る。
【００３４】
Ｓ６０にて駆動力Ｆが正、すなわち車両が減速状態にないときにはＳ２３０にて電動による各補機の駆動を停止状態に保つと共に、Ｓ２４０にて補機駆動完了を判定するためのタイマＴ１〜Ｔ５を初期状態に保ってＳ１０に戻る。
【００３５】
Ｓ２２０でのエンジン自動再始動制御についての詳細は図示しないが、通常はエンジン停止状態でアクセルペダル踏み込みまたはブレーキ解放がなされ、バッテリ電圧が十分であればモータジェネレータ３によりエンジン再始動を行なう。エンジンが再始動したのちはＳ１０以降のエンジン自動停止および補機駆動制御を再開する。
【００３６】
この実施形態によれば、車両の停止に伴いエンジンを停止させるべき条件が成立する以前に電動による複数の補機の駆動を順次的に開始するようにしているので、停車時点で速やかにエンジンを停止させて燃費を改善できることに加えて、補機駆動のための電力要求の集中を回避して電源系統の負担を軽減することができる。
【００３７】
また、エンジン停止前に補機類を駆動するので、補機類の駆動源をエンジンからモータへと切り換える時間的余裕を確保でき、それだけ補機駆動用のモータを小型化することができる。
【００３８】
エンジン停止中に駆動すべき補機が複数ある場合に、従来は最も起動時間が遅い補機に合わせて他の補機駆動用モータの出力を決定することとなるため、補機の駆動開始と駆動終了とがすべての補機で同じタイミングで行われることになり、これがバッテリ電圧の瞬間的な低下をもたらし、またこれに伴い各補機の消費電流が増大することからバッテリ電圧の低下が助長されてバッテリの劣化が促された。これに対して前記本発明の実施形態では、前述のようにエンジン停止中に駆動すべき補機が複数ある場合に、それぞれの特性に応じてエンジン停止前に順次的に駆動を開始すればよいので、バッテリ電圧の低下を招くことなく、その保護を図ることができる。
【００３９】
また、上述した実施の形態では、例えばエンジン冷却系統に冷却水を循環させる圧力として、エンジン運転時にはエンジン駆動のウオータポンプ３０で確保し、エンジン停止時には電動ウオータポンプ２１にて確保するようにしたが、エンジン運転時にはエンジン駆動のウオータポンプで確保し、エンジン停止時にはモータ３によりウオータポンプ３０の圧力を確保するようにしてもよい。このように構成する場合には、電動ウオータポンプ２１を設けなくともよい。なお、エンジン冷却系統の冷却水循環のためのウオータポンプ３０のみならず、自動変速機の作動油圧を確保する油圧ポンプ３３、制動力を確保するブレーキブースタの真空ポンプ、エアコン用コンプレッサ２５、パワーステアリング装置の作動油圧を確保するパワーステアリング用油圧ポンプ２６についてはもちろんのこと、エンジン停止中に駆動力が必要となる補機に対しても同様に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をアイドルストップ車両のエンジンに適用した一実施形態の機械的構成を示す概略図。
【図２】前記実施形態の制御内容を示す第１の流れ図。
【図３】前記実施形態の制御内容を示す第２の流れ図。
【図４】前記制御の結果を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
１エンジン
２スタータモータ
３モータ（モータジェネレータ）
４コントロールユニット
５ベルト装置
６バッテリ
１１電圧センサ
１２アクセルセンサ
１３ブレーキセンサ
１４車速センサ
１５イグニッションスイッチ
２１電動ウオータポンプ
２２変速機用電動油圧ポンプ
２３電動ブレーキブースタ
２４電動エアコンコンプレッサ
２６パワーステアリング用電動油圧ポンプ

Claims

車両の運行状態に応じて自動的にエンジンを停止または始動させるエンジン自動停止・再始動装置と、
エンジン始動時にエンジンにより駆動されると共にエンジン停止時に電力により駆動される補機と、
エンジンの自動停止時期を推定する停止時期推定手段と、
エンジン自動停止時に前記推定停止時期以前に前記補機の駆動を電力により開始する補機駆動制御手段と
を設けたことを特徴とするエンジン制御装置。
前記補機駆動制御手段は、
補機の起動に要する時間を検出し、
前記推定停止時期に対して前記補機起動時間よりも早期に当該補機の駆動を電力により開始する
請求項１に記載のエンジン制御装置。
前記補機駆動制御手段は、
複数の補機について起動に要する時間を検出し、
それぞれの演算結果に基づきエンジン自動停止以前に順次モータの駆動を電力により開始する
請求項２に記載のエンジン制御装置。
前記補機は、パワーステアリング装置の作動油圧を発生する油圧ポンプ、自動変速機の作動油圧を発生する油圧ポンプ、エアコンのコンプレッサ、ブレーキブースタ装置の負圧を発生する真空ポンプ、エンジン冷却水を循環させるウオータポンプの少なくとも何れか一つである請求項１に記載のエンジン制御装置。
前記停止時期推定手段は、車両走行中に車両の質量、車速変化、駆動力に基づいて車両停止時期を推定し、当該停止時期にエンジンを自動停止させる請求項１に記載のエンジン制御装置。
前記エンジン自動停止・再始動装置は、車両停止時にエンジンを停止させ、当該自動停止状態にて運転者による発進要求があったときにエンジンを再始動させるように構成されている請求項１に記載のエンジン制御装置。
前記補機駆動制御手段は、
補機の負荷状態に応じて起動に要する時間を検出する
請求項１に記載のエンジン制御装置。