JP2011072144A - 内燃機関の発電制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】停止時における内燃機関の振動の発生を防止できるとともに、可能な限り、発電による燃費の向上を図ることができる内燃機関の発電制御装置を提供する。
【解決手段】本発明の発電制御装置1は、アイドルストップ条件が成立した後の所定期間、クラッチ7を遮断し(ステップ22)、ジェネレータ8による発電を禁止することによって、エンジン回転数NEの急激な低下が防止される。また、ISV開度AISVが、0に近い非常に小さな所定値ISV0に制御される(ステップ33)。以上により、アイドルストップ時におけるエンジン3の振動の発生を防止することができる。また、エンジン回転数NEがしきい値NEREF以下になったときに、発電を開始する(ステップ21:YES)ことによって、可能な限り、発電の実行期間が確保され、発電による燃費の向上を図ることができる。
【選択図】図4

Description

本発明は、内燃機関に接続された発電機による発電を、内燃機関の停止時に制御する内燃機関の発電制御装置に関する。
従来の内燃機関の発電制御装置として、例えば特許文献1に開示されたものが知られている。この内燃機関は、いわゆるハイブリットタイプであり、内燃機関に接続された電動発電機は、内燃機関の運転状態に応じて、力行運転または回生運転を実行する。電動発電機は、力行運転時には、モータとして動力を発生し、内燃機関の出力を補い、回生運転時には、発電機として発電を行い、発電された電力はバッテリーに蓄えられ、力行運転などに用いられる。また、この発電制御装置は、信号待ちなどで所定の自動停止条件(アイドルストップ条件)が成立したときに、内燃機関が完全に停止するまでの間、電動発電機に回生運転を実行させる。また、このときの電動発電機の発電量(発電トルク)は、一定の変化率で低下するように制御され、それにより内燃機関を滑らかに停止させるようにしている。
特許第3838188号公報
ディーゼルエンジンのような圧縮比の高い内燃機関では、停止時における内燃機関の回転数の低下速度よりも吸入空気量の低下速度が小さいため、燃焼室内の圧力が過大になり、それに起因する振動が発生することが知られている。そのような不具合を解消するために、内燃機関の停止指令が出された後に、インテークシャッタを閉じ側に制御することによって、吸入空気量を減少させ、振動の発生を防止する制振制御を行うことも知られている。しかし、このような内燃機関に従来の発電制御装置を適用した場合には、内燃機関の停止指令が出された直後の発電トルクが最大であるため、内燃機関の回転数が急激に低下し、上述した制振制御を実行しても、内燃機関の回転数の低下に対して吸入空気量を十分に低下させることができない。その場合には、燃焼室内の圧力が過大になり、内燃機関の停止時に振動の発生を防止することができない。一方で、このような振動の発生を防止するために、停止時において発電機による発電を禁止した場合には、発電による燃費の向上などの効果を得ることができない。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、停止時における内燃機関の振動の発生を防止できるとともに、可能な限り、発電による燃費の向上を図ることができる内燃機関の発電制御装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本願の請求項1に係る発明は、内燃機関3に接続された発電機(実施形態における(以下、本項において同じ)ジェネレータ8)による発電を、内燃機関3の停止時に制御する内燃機関の発電制御装置1であって、内燃機関3に吸入される空気量を調整する吸入空気量調整手段(インテークシャッタ13)と、内燃機関を停止する所定の停止条件が成立したときに、吸入空気量調整手段により調整される吸入空気量GAIRを減少側に制御する吸入空気量制御手段(ECU2、アクチュエータ13a、図4のステップ33)と、停止条件が成立してから所定期間が経過するまで、発電機による発電を禁止し、所定期間が経過した後に、発電機による発電を開始する発電制御手段(ECU2、クラッチ7、油圧回路10、電磁弁10a、図4)と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、所定の停止条件が成立したときに、内燃機関が停止されるとともに、停止条件の成立後に、内燃機関への吸入空気量が減少側に制御される。また、停止条件が成立してから所定期間が経過するまで、発電機による発電を禁止するので、この間、発電による負荷が内燃機関に作用しないことで、内燃機関の回転数が急激に低下することがなくなる。したがって、吸入空気量が減少側に制御されることと相まって、停止時における内燃機関の振動の発生を防止することができる。また、所定期間が経過した後に、発電機による発電を開始するので、可能な限り、発電の実行期間が確保されることで、発電による燃費の向上を図ることができる。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の内燃機関の発電制御装置1において、吸入空気量GAIRを表す吸入空気量パラメータ(エンジン回転数NE)を取得する吸入空気量パラメータ取得手段(クランク角センサ23)をさらに備え、所定期間は、停止条件が成立してから、取得された吸入空気量パラメータで表される吸入空気量GAIRが所定値GAIRREF以下になるまでの期間であることを特徴とする。
この構成によれば、停止条件が成立した後、吸入空気量が所定値以下になるまでの所定期間、発電を禁止するので、吸入空気量が大きな状態で発電が行われることを回避でき、それにより、内燃機関の振動を確実に防止することができる。また、この所定期間が経過し、吸入空気量が所定値以下になったときに発電を開始するので、振動が発生するおそれがなくなった最も早いタイミングで発電を開始し、発電を最大限、行うことができる。
請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載の内燃機関の発電制御装置1において、発電制御手段は、発電機による発電を開始した後、発電機の発電トルク(クラッチ締結度合C_CL)を徐々に増加するように制御する(図4のステップ23〜25)ことを特徴とする。
この構成によれば、所定期間が経過し、発電機による発電を開始した後、発電の度合を徐々に増加させるので、発電の開始時に内燃機関の負荷が急激に増加するのを回避することができ、それにより、内燃機関の回転数の変動を防止し、ドライバビリティを向上させることができる。
本実施形態による発電制御装置を、これを適用した内燃機関とともに概略的に示す図である。 アイドルストップ条件の判定処理を表すフローチャートである。 クラッチ締結度合の設定処理を表すフローチャートである。 アイドルストップ時のクラッチ締結度合の設定処理を表すフローチャートである。 ISV開度の設定処理を表すフローチャートである。 アイドルストップ時の発電制御処理によって得られる動作例を示すタイミングチャートである。
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図1は、本実施形態による内燃機関の発電制御装置1を、これを適用した内燃機関3(以下「エンジン」という)とともに概略的に示している。
エンジン3は、車両(図示せず)に搭載された、例えば4気筒のディーゼルエンジンであり、自動変速機(図示せず)などを介して、駆動輪(図示せず)に連結されている。また、エンジン3は、アイドルストップタイプであり、所定のアイドルストップ条件が成立したときに、自動的に停止され、その後、アイドルストップ条件が解除されたときに、再始動される。アイドルストップ条件の詳細については、後述する。
自動変速機は、前進4段の自動変速機であり、L,2,D,N,R,Pの6つのシフトポジションを備えており、シフトレバー(図示せず)の操作により、1つのシフトポジションが選択される。
エンジン3の各気筒(図示せず)には、燃料噴射弁(以下「インジェクタ」という)6が設けられている。インジェクタ6は、燃料供給装置(図示せず)から供給された燃料を気筒内に噴射する。インジェクタ6の開閉は、ECU2からの制御信号によって制御され、それにより、開弁タイミングによって燃料噴射時期が、開弁時間によって燃料噴射量QINJが制御される。
また、エンジン3のシリンダヘッド(図示せず)には、吸気管4および排気管5が接続されており、吸気管4には、インテークシャッタ13が設けられている。このインテークシャッタ13には、アクチュエータ13aが連結されている。アクチュエータ13aは、モータとギヤ機構(いずれも図示せず)を組み合わせたものであり、ECU2からの制御信号によって駆動される。それにより、インテークシャッタ13の開度(以下「ISV開度」という)AISVが変化することによって、気筒に吸入される新気の量(以下「吸入空気量」という)GAIRが制御される。
エンジン3のクランクシャフト3aは、クラッチ7を介して、ジェネレータ8に接続されている。このジェネレータ8は、ジェネレータ入力軸8aを有し、このジェネレータ入力軸8aがエンジン3で回転駆動されることによって、発電を行う。発電された電力は、バッテリ9に充電される。このバッテリ9は、パワーステアリングやスタータモータ(いずれも図示せず)などを駆動するための電源として用いられる。
クラッチ7は、油圧回路10から供給される油圧によって駆動される油圧式のものである。油圧回路10には電磁弁10aが設けられており、この電磁弁10aの動作がECU2で制御されることによって、クラッチ7の締結度合(以下「クラッチ締結度合」という)C_CLが制御される。クラッチ7が完全に締結されると、クランクシャフト3aは、ジェネレータ入力軸8aに直結された状態となり、クランクシャフト3aの回転数(以下「エンジン回転数」という)NEとジェネレータ入力軸8aの回転数(以下「ジェネレータ回転数」という)NEGEが一致する。
一方、クランクシャフト3aには、マグネットロータおよびMREピックアップ(いずれも図示せず)で構成されたクランク角センサ23が設けられている。クランク角センサ23は、クランクシャフト3aの回転に伴い、パルス信号であるCRK信号およびTDC信号を出力する。
CRK信号は、所定のクランク角(例えば30゜)ごとに出力される。ECU2は、このCRK信号に基づき、エンジン回転数NEを算出する。TDC信号は、いずれかの気筒においてエンジン3のピストン(図示せず)が吸気行程開始時のTDC(上死点)付近の所定のクランク角度位置にあることを表す信号である。
また、ECU2には、イグニッションスイッチ21から、そのオンまたはオフ状態を表す信号が出力される。なお、エンジン3の運転時に、イグニッションスイッチ21がオフされたときには、インジェクタ6から気筒内への燃料の供給が停止され、エンジン3が停止される。
また、ECU2には、ブレーキスイッチ22から、そのオンまたはオフ状態を表す信号が出力される。ブレーキスイッチ22は、ブレーキペダル(図示せず)が所定量以上、踏み込まれたときにオン状態になり、それ以外のときにオフ状態になるものである。
さらに、ECU2には、車速センサ24から、車両の速度である車速VPを表す検出信号が、アクセル開度センサ25から、運転者によって操作されるアクセルペダル(図示せず)の開度(以下「アクセル開度」という)APを表す検出信号が、シフトポジションセンサ26から、シフトレバーのシフトポジションを表す検出信号が、それぞれ出力される。
また、ECU2は、CPU、RAM、ROMおよび入出力インターフェース(いずれも図示せず)などから成るマイクロコンピュータ(図示せず)で構成されている。前述したセンサ23〜26の検出信号はそれぞれ、ECU2に入力され、入力インターフェースでA/D変換や整形がなされた後、CPUに入力される。CPUは、これらの検出信号に応じ、ROMに記憶された制御プログラムなどに基づいて、各種の演算処理を実行する。なお、本実施形態では、ECU2が、吸入空気量制御手段および発電制御手段に相当する。
次に、図2〜図6を参照しながら、ECU2で実行されるエンジン3の発電制御処理について説明する。本処理は、所定時間ごとに実行される。
図2は、クラッチ7のクラッチ締結度合C_CLの設定処理を示す。このクラッチ締結度合C_CLは、次式(1)に示すように、ジェネレータ回転数NEGEとエンジン回転数NEとの比として定義される。
C_CL=NEGE/NE ・・・・(1)
エンジン3が駆動側で、ジェネレータ入力軸8aが従動側であることから、0≦C_CL≦1であり、クラッチ7が完全に遮断された状態では、C_CL=0になり、クラッチ7が直結された状態では、C_CL=1になる。以上のような定義から、クラッチ締結度合C_CLが高いほど、ジェネレータ8による発電トルクや発電量は大きくなる。本処理は、この発電トルクを制御するために、クラッチ締結度合C_CLを設定するものである。
本処理ではまず、ステップ1(「S1」と図示。以下同じ)において、アイドルストップ条件の判定処理を実行する。図3は、そのサブルーチンを示す。本処理ではまず、ステップ11〜16において、以下の(a)〜(f)の条件が成立しているか否かをそれぞれ判別する。
(a)イグニッションスイッチ(SW)21がON状態にあること
(b)エンジン回転数NEが所定値NEISTP(例えば300rpm)以上であること
(c)車速VPが所定値VPREF(例えば1km/h)以下であること
(d)アクセル開度APが所定値APREF(例えば1゜)以下であること
(e)シフトポジション(SP)がP,R,N以外であること
(f)ブレーキスイッチ(SW)22がON状態にあること
これらのステップ11〜16の答のいずれかがNOで、(a)〜(f)の条件のいずれかが成立していないときには、アイドルストップ条件が成立していないと判定し、本処理を終了する。一方、ステップ11〜16のすべての答がYESのときには、アイドルストップ条件が成立していると判定し、そのことを表すために、ステップ17において、アイドルストップフラグF_IDLSTPを「1」にセットし、本処理を終了する。
図2に戻り、前記ステップ1に続くステップ2では、アイドルストップフラグF_IDLSTPが「1」であるか否かを判別する。この答がYESで、アイドルストップ条件が成立し、アイドルストップが行われているときには、ステップ3において、アイドルストップ時のクラッチ締結度合C_CLの設定処理を実行し、本処理を終了する。
図4は、そのサブルーチンを示す。本処理ではまず、ステップ21において、エンジン回転数NEが所定のしきい値NEREF(例えば400rpm)以下であるか否かを判別する。この答がNOで、NE>NEREFのときには、吸入空気量GAIRが十分に低下しておらず、この状態で発電を行うと、エンジン3の振動が発生するおそれがあるとして、ステップ22において、クラッチ締結度合C_CLを0に設定することによって、発電を禁止し、本処理を終了する。
一方、上記ステップ21の答がYESで、NE≦NEREFのときには、吸入空気量GAIRが所定値GAIRREF(図6参照)以下まで十分に低下し、この状態で発電を行ってもエンジン3の振動が発生するおそれがないとして、発電を開始するために、ステップ23において、前回のクラッチ締結度合C_CLに所定値CLADD(例えば0.1)を加算することによって、今回のクラッチ締結度合C_CLを算出する。
次に、ステップ24において、算出された今回のクラッチ締結度合C_CLが、上限値である1よりも大きいか否かを判別する。この答がNOで、C_CL≦1のときには、そのまま本処理を終了する。一方、上記ステップ24の答がYESで、C_CL>1のときには、ステップ25において、クラッチ締結度合C_CLを1に制限し、本処理を終了する。
このように、アイドルストップ時には、エンジン回転数NEがしきい値NEREFよりも大きいときに、クラッチ締結度合C_CLを0に設定し、クラッチ7を遮断することによって発電を禁止する。また、その後、エンジン回転数NEがしきい値NEREF以下になったときに、クラッチ7を接続し、発電を開始する。また、発電の開始直後の所定期間においては、クラッチ締結度合C_CLを所定値CLADDから1まで所定値CLADDずつ徐々に増加させることによって、クラッチ7を急激に接続することなく、発電トルクを徐々に増加させる。
図2に戻り、前記ステップ2の答がNOで、アイドルストップが行われていないときには、ステップ4において、フューエルカットフラグF_FCが「1」であるか否かを判別する。この答がYESで、車両の減速時に燃料噴射量QINJを0にする減速フューエルカットが行われているときには、ステップ5において、減速回生時のクラッチ締結度合C_CLの設定処理を実行し、本処理を終了する。この設定処理では、エンジン回転数NEおよびバッテリ9の残量に応じて、ジェネレータ8に要求される要求発電電圧を算出するとともに、算出された要求発電電圧に応じ、減速回生時用の所定のマップを検索することによって、クラッチ締結度合C_CLを算出する。このマップでは、クラッチ締結度合C_CLは、要求発電電圧が大きいほど、より大きな値に設定されている。
一方、上記ステップ4の答がNOで、減速フューエルカットが行われていないときには、ステップ6において、通常運転時のクラッチ締結度合C_CLの設定処理を実行し、本処理を終了する。この設定処理では、エンジン回転数NEおよびバッテリ9の残量に応じて、ジェネレータ8に要求される要求発電電圧を算出するとともに、算出された要求発電電圧に応じ、通常運転時用の所定のマップを検索することによって、クラッチ締結度合C_CLを算出する。このマップでは、クラッチ締結度合C_CLは、要求発電電圧が大きいほど、より大きな値に設定されている。
図5は、ISV開度AISVの設定処理を示す。本処理ではまず、ステップ31において、アイドルストップフラグF_IDLSTPが「1」であるか否かを判別する。この答がNOで、アイドルストップが行われていないときには、ステップ32において、アイドルストップ時以外のISV開度AISVを算出し、本処理を終了する。具体的には、アイドル運転以外の通常運転時には、検出されたアクセル開度APに応じ、所定のマップを検索することによって、ISV開度AISVを算出する。このマップでは、ISV開度AISVは、アクセル開度APが大きいほど、より大きな値に設定されている。また、アイドル運転時には、ISV開度AISVは、エンジン回転数NEが所定のアイドル回転数NEIDLになるように設定される。
一方、前記ステップ31の答がYESで、アイドルストップが行われているときには、ISV開度AISVを所定値ISV0に設定し、本処理を終了する。この所定値ISV0は、0に近い非常に小さな値に設定されている。
図6は、これまでに説明したエンジン3の発電制御によって得られる動作例を、アイドルストップ時について示している。この例では、時点t0までは、車両は停止している(VP=0)ものの、アイドルストップ条件が成立していないため、アイドルストップフラグF_IDLSTPは「0」にセットされており、アイドル運転が行われている。また、このときのISV開度AISVは、エンジン回転数NEがアイドル回転数NEIDLになるように設定され、吸入空気量GAIRおよび吸気管内の圧力(以下「吸気圧」という)PBAは、それらに応じた値になっている。また、クラッチ締結度合C_CLは1に設定されている。
アイドルストップ条件が成立すると(t0)、アイドルストップフラグF_IDLSTPが「1」にセットされ(ステップ17)、アイドルストップが開始される。また、それと同時に、クラッチ締結度合C_CLが0に設定される(ステップ22)ことによって、クラッチ7が遮断されるとともに、ISV開度AISVが、0に近い非常に小さな所定値ISV0に設定される(ステップ33)。以上の設定に伴い、エンジン回転数NE、吸入空気量GAIRおよび吸気圧PBAは、次第に低下する。エンジン回転数NEがしきい値NEREFまで低下すると(t1)、吸入空気量GAIRが所定値GAIRREF以下になったとして、クラッチ締結度合C_CLが所定値CLADDに設定される(ステップ23)ことによって、発電が開始される。その後、クラッチ締結度合C_CLは、1まで所定値CLADDずつ徐々に増加される(ステップ23〜25、t1〜t2)。その後、エンジン回転数NEが0になり(t3)、エンジン3が停止すると、吸入空気量GAIRは0になり、吸気圧PBAは大気圧PAと等しくなる(t4以降)。
以上のように、本実施形態によれば、アイドルストップ条件が成立した後の所定期間、クラッチ7を遮断し(図4のステップ22)、ジェネレータ8による発電を禁止するので、この間、発電による負荷がエンジン3に作用しないことで、エンジン回転数NEが急激に低下することがなくなる。したがって、ISV開度AISVが、0に近い非常に小さな所定値ISV0に制御される(図5のステップ33)ことと相まって、アイドルストップ時におけるエンジン3の振動の発生を防止することができる。また、エンジン回転数NEがしきい値NEREF以下になったときに、ジェネレータ8による発電を開始する(図4のステップ21:YES)ので、可能な限り、発電の実行期間が確保されることで、発電による燃費の向上を図ることができる。
また、アイドルストップ条件が成立した後、エンジン回転数NEがしきい値NEREF以下になるまで、発電を禁止する(図4のステップ21〜22)ので、吸入空気量GAIRが大きな状態で発電が行われることを回避でき、それにより、エンジン3の振動を確実に防止することができる。また、エンジン回転数NEがしきい値NEREF以下になったときに、吸入空気量GAIRが所定値GAIRREF以下になったとして、発電を開始する(図4のステップ21:YES)ので、振動が発生するおそれがなくなった最も早いタイミングで発電を開始し、発電を最大限、行うことができる。
さらに、エンジン回転数NEがしきい値NEREF以下になり、ジェネレータ8による発電を開始した後、クラッチ締結度合C_CLを1まで徐々に増加させる(図4のステップ23〜25)ので、発電の開始時にクラッチ7の急激な接続により、エンジン3の負荷が急激に増加するのを回避することができ、それにより、エンジン回転NEの変動を防止し、ドライバビリティを向上させることができる。
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、吸入空気量GAIRを表すパラメータとして、エンジン回転数NEを用い、エンジン回転数NEがしきい値NEREF以下になったときに、吸気量GAIRが所定値GAIRREF以下になったとして、発電を開始しているが、エンジン回転数NEに代えて、またはこれとともに、吸入空気量GAIRを表す他の適当なパラメータを用いてもよい。例えば、検出されたISV開度AISV、吸気圧PBA、およびアイドルストップ条件が成立してからの経過時間の1つまたは2つ以上を用い、それらのパラメータが、吸入空気量GAIRが所定値以下になったことを表す値になったときに、発電を開始してもよい。また、吸入空気量GAIRを直接、検出し、検出された吸入空気量GAIRが所定値GAIRREF以下になってから、発電を開始してもよいことはもちろんである。
また、実施形態では、発電制御を実行するエンジン3の停止条件として、アイドルストップ条件を用いているが、これに代えて、イグニッションスイッチ21がオフされたときに発電制御を実行してもよい。
また、実施形態では、クラッチ7を遮断することによって、ジェネレータ8による発電を機械的に禁止しているが、他の適当な禁止手段、例えば、ジェネレータ8の動作を電気的に制御することによって、発電による負荷がエンジン3に作用しないようにしてもよい。
また、実施形態では、吸入空気量GAIRをインテークシャッタ13を用いて調整しているが、これに代えて、例えば、吸気リフト可変機構によって吸気リフトを変更可能な吸気弁を用いてもよい。
また、実施形態は、本発明を車両に搭載されたディーゼルエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ディーゼルエンジン以外のガソリンエンジンなどの各種のエンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
1 内燃機関の発電制御装置
2 ECU(吸入空気量制御手段、発電制御手段)
3 エンジン(内燃機関)
7 クラッチ(発電制御手段)
8 ジェネレータ(発電機)
10 油圧回路(発電制御手段)
10a 電磁弁(発電制御手段)
13 インテークシャッタ(吸入空気量調整手段)
13a アクチュエータ(吸入空気量制御手段)
23 クランク角センサ(吸入空気量パラメータ取得手段)
NE エンジン回転数(吸入空気量パラメータ)
GAIR 吸入空気量
GAIRREF 所定値
C_CL クラッチ締結度合(発電トルク)

Claims (3)

  1. 内燃機関に接続された発電機による発電を、前記内燃機関の停止時に制御する内燃機関の発電制御装置であって、
    前記内燃機関に吸入される空気量を調整する吸入空気量調整手段と、
    前記内燃機関を停止する所定の停止条件が成立したときに、前記吸入空気量調整手段により調整される吸入空気量を減少側に制御する吸入空気量制御手段と、
    前記停止条件が成立してから所定期間が経過するまで、前記発電機による発電を禁止し、前記所定期間が経過した後に、前記発電機による発電を開始する発電制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の発電制御装置。
  2. 前記吸入空気量を表す吸入空気量パラメータを取得する吸入空気量パラメータ取得手段をさらに備え、
    前記所定期間は、前記停止条件が成立してから、前記取得された吸入空気量パラメータで表される吸入空気量が所定値以下になるまでの期間であることを特徴とする、請求項1に記載の内燃機関の発電制御装置。
  3. 前記発電制御手段は、前記発電機による発電を開始した後、当該発電機の発電トルクを徐々に増加するように制御することを特徴とする、請求項1または2に記載の内燃機関の発電制御装置。
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