JP2015101299A - エンジン制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】エンジン停止時において、エンジン回転が停止するまでの時間を短縮し、エンジン停止時における騒音や振動による搭乗者への不快感の抑制、及びエンジン停止後の制御処理への速やかな移行を実現することが可能なエンジン制御装置を提供すること。【解決手段】エンジンにより駆動され、発電電圧を変更可能な発電機と、前記発電機に接続され、前記発電機からの電力供給により駆動する電気負荷であって、印加される電圧が上昇するのに応じて、電流が増加する電気負荷と、エンジン停止要求に応じて、前記エンジンの回転を停止させる制御部であって、少なくとも前記エンジンの停止を開始するまでに、前記発電電圧を通常時よりも高くする制御部と、を有する。【選択図】図2

Description

本発明は、エンジン回転の停止動作を制御するエンジン制御装置に関する。
従来からアイドルストップ機能を有する車両(以下、アイドルストップ車と呼ぶ)を中心に、エンジン停止時における各種効果を狙いとしたエンジン停止制御が行われている(例えば、特許文献1)。
特許文献1では、アイドルストップのエンジン停止時において、再始動性向上のため、停止クランク角を始動に適したクランク角範囲に制御することを目的として、オルタネータの負荷を制御する技術が開示されている。
特開2012−082697号公報
ところで、エンジンは、アイドリング回転数以下の回転数領域に所謂共振点を有するように設計されるのが通常である。そのため、エンジンを停止させる場合、エンジンの回転数が、アイドリング回転数以下の領域で必ず共振点に対応する回転数を通過することになるため、大きな振動や騒音を生じることになる。特に、アイドルストップ車においては、エンジンの停止と始動とを繰り返し行うことになるため、エンジン停止時に、エンジン回転が停止するまでの時間が長いと、大きな振動や騒音が長く継続し、搭乗者に不快感を与えるおそれがある。
また、エンジン停止時に、エンジンの回転が停止するまでの時間が長いと、エンジン停止後に、車両において実行される制御処理に速やかに移行できず、問題が生じるおそれがある。例えば、アイドルストップ車において、一時停止の場面等、エンジン停止からエンジン始動までの間隔が短い場面では、エンジン停止時にエンジン回転が停止するまでの時間が長いと、直ぐに始動制御に移行できず、搭乗者に不快感を与えるおそれがある。
そこで、上記課題に鑑み、エンジン停止時において、エンジン回転が停止するまでの時間を短縮し、エンジン停止時における騒音や振動による搭乗者への不快感の抑制、及びエンジン停止後の制御処理への速やかな移行を実現することが可能なエンジン制御装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、一実施形態において、エンジン制御装置は、
車両を駆動するエンジンと、
該エンジンにより駆動され、発電電圧を変更可能な発電機と、
前記発電機に接続され、前記発電機からの電力供給により駆動する電気負荷であって、印加される電圧が上昇するのに応じて、電流が増加する電気負荷と、
エンジン停止要求に応じて、前記エンジンを停止させる制御部であって、少なくとも前記エンジンの停止を開始するまでに、前記発電電圧を通常時よりも高くする制御部と、を有する。
本実施の形態によれば、エンジン停止時において、エンジン回転が停止するまでの時間を短縮し、エンジン停止時における騒音や振動による搭乗者への不快感の抑制、及びエンジン停止後の制御処理への速やかな移行を実現することが可能なエンジン制御装置を提供することができる。
エンジン制御装置を含む車両の構成の一例を示すブロック図である。 エンジン制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。 エンジン制御装置によるエンジンの停止動作を説明するタイムチャートである。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。
図1は、本実施形態に係るエンジン制御装置1を含む車両の構成の一例を示すブロック図である。当該車両は、エンジン10を駆動力源とし、所謂アイドルストップ機能を有する。
本実施形態に係るエンジン制御装置1は、当該車両のアイドルストップ機能によるエンジン停止時、又は運転者のイグニッションスイッチのオフ操作によるエンジン停止時において、エンジン10の停止動作の制御を行う。
エンジン制御装置1は、エンジン10、スタータ11、オルタネータ(発電機)12、バッテリ20、エンジンECU30、アイドルストップECU40、電気負荷50等を含む。
スタータ11は、エンジン10を始動させる始動装置である。後述するバッテリ20からの電力供給により駆動する。
オルタネータ12は、エンジン10の動力により駆動される直流発電機であり、交流発電機と該交流発電機による三相交流電力を直流化する整流器等により構成されてよい。クランク軸10cからベルト10bを介して、エンジン10の動力が伝達され、オルタネータ12は、発電することができる。また、オルタネータ12は、レギュレータを含み、該レギュレータが発電制御電流(オルタネータ12のロータコイルに流れるフィールド電流)を制御することによりオルタネータ12の発電電圧を制御することができる。なお、オルタネータ12の発電電圧は、後述するように、エンジンECU30からの指令により設定され、例えば、12V〜16Vの間で設定されてよい。
バッテリ20は、スタータ11、エンジンECU30、アイドルストップECU40、電気負荷50等に接続され、これらに電力を供給可能な蓄電装置である。例えば、鉛バッテリ等が用いられてよく、定格電圧(両端電圧)は、約12Vである。また、バッテリ20は、オルタネータ12と接続され、オルタネータ12により発電された電力を充電することができる。
エンジンECU30は、エンジン10の制御を行う電子制御ユニットである。具体的には、マイクロコンピュータにより構成されてよく、ROMに格納された各種プログラムをCPU上で実行することにより各種制御処理を実行してよい。例えば、エンジンECU30は、アクセル開度、車速、クランク角、カム角、エンジン回転数等の情報に基づいて、エンジン10の燃料インジェクタ(燃料噴射時期、量等)、点火プラグ(点火時期等)、吸排気バルブ(開閉時期等)等を制御する。
また、エンジンECU30は、バッテリ20からスタータ11への電力供給経路に設けられるリレー11rを制御することによりスタータ11を駆動し、エンジン10を始動させる。例えば、運転者がイグニッションスイッチ(不図示)をオンにしたら、当該オン信号(エンジン始動要求に相当)がエンジンECU30に入力され、エンジンECU30は、当該オン信号に応じて、リレー11rを通電させることで、エンジン10を始動させる。また、運転者がイグニッションスイッチをオフにしたら、当該オフ信号(エンジン停止要求に相当)がエンジンECU30に入力され、エンジンECU30は、当該オフ信号に応じて、燃料供給をカットすることで、エンジン10を停止させる。
また、エンジンECU30は、後述するアイドルストップECU40から出力されるエンジン停止要求を受信し、該エンジン停止要求に応じて、燃料供給をカットすることで、エンジン10を停止させる。また、エンジンECU30は、アイドルストップECU40から出力されるエンジン始動要求を受信し、該エンジン始動要求に応じて、リレー11rを制御することによりスタータ11を駆動し、エンジン10を始動させる。このように、エンジンECU30は、アイドルストップ動作におけるエンジン停止又はエンジン始動の制御を実行してよい。
なお、エンジンECU30は、エンジン停止要求(上記オフ信号含む)を受信しても、直ぐにエンジン10を停止できない場合がある。例えば、キャニスタに蓄積された燃料蒸気をパージする必要がある場合やエンジン10が可変バルブタイミング(Variable Valve Timing;VVT)機構を有する場合であって、エンジン停止する際のカムの位置が指定されている場合等である。そのため、エンジンECU30は、エンジン停止要求に対応して、エンジン10が停止可能か否かを判断し、停止が可能になった時点で、エンジン10の停止を開始する。
また、エンジンECU30は、オルタネータ12のレギュレータを介して、オルタネータ12の発電電圧を制御する。具体的には、エンジンECU30は、発電電圧の指示をオルタネータ12のレギュレータに出力し、該レギュレータがフィールド電流をデューティ制御することにより発電電圧を制御する。例えば、エンジンECU30は、通常時において、発電電圧を略一定(例えば、12V)にするようにオルタネータ12(レギュレータ)に指示する。そして、当該指示に基づき、レギュレータが、エンジン10の回転数に応じて、フィールド電流を増減させることにより発電電圧を略一定に保持する。これにより、例えば、定格電圧12VのエンジンECU30、アイドルストップECU40、電気負荷50等を正常に動作させることができる。また、エンジンECU30は、当該車両の減速時において、上記通常時よりも高く(例えば、14V)するようにオルタネータ12(レギュレータ)に指示してよい。そして、当該指示に基づき、レギュレータがフィールド電流を増加させることにより発電電圧を上記通常時よりも高く(例えば、14V)してよい。これにより、発電電圧をバッテリ20の端子電圧より高くすることが可能となり、オルタネータ12による減速回生電力を効率的にバッテリ20に充電することができる。また、エンジンECU30は、エンジン停止要求(上記オフ信号含む)に応じて、エンジン10を停止させる際、少なくともエンジン10の停止(エンジン10への燃料供給のカット)を開始する時点までに、オルタネータ12の発電電圧を上記通常時よりも高く(例えば、14V)してよい。当該エンジン10の停止時におけるエンジンECU30による制御処理の詳細、及び、その作用、効果については、後述する。
なお、上述したとおり、オルタネータ12の発電電圧は、基本的に、電力供給を受ける各種ECUや電気負荷を正常に動作させるため、これらの定格電圧に対応した電圧で略一定になるように制御される。以下において、このように、オルタネータ12の発電電圧が接続される各種ECUや電気負荷との関係において、略一定に保持されている状態を「通常時」とする。
アイドルストップECU40は、当該車両のアイドルストップ制御を行う電子制御ユニットである。アイドルストップECU40は、所定のエンジン停止条件を満足するか否かを判定し、該エンジン停止条件を満足する場合、エンジンECU30に対してエンジン停止要求を出力する。例えば、アイドルストップECU40は、マスタシリンダ圧(以下、MC圧と呼ぶ)が所定踏み込み圧以上になっている(所定以上のブレーキの踏み込みがある)ことを検出すると、エンジン停止条件を満足するか否かを判定してよい。また、アイドルストップECU40は、所定のエンジン始動条件を満足するか否かを判定し、該エンジン始動条件を満足する場合、エンジンECU30に対してエンジン始動要求を出力する。例えば、アイドルストップECU40は、MC圧が所定開放圧以下になっている(ブレーキの踏み込みが解除された)ことを検出すると、エンジン始動条件を満足するか否かを判定してよい。なお、エンジン停止条件及びエンジン始動条件は、例えば、エンジン10の回転数、冷却水温、バッテリ20の電流、電圧、温度、車両の車速、MC圧、ドアカーテシスイッチ等に関する条件を含んでよい。例えば、エンジン停止条件は、バッテリの電流、電圧等から算出される推定SOC(State of Charge;充電率)が所定割合以上であるという条件を含んでよい。また、エンジン始動条件は、ドアカーテシスイッチがオンである(ドアが閉まっている)という条件を含んでよい。
なお、エンジンECU30、及びアイドルストップECU40の機能は、任意のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はそれらの組み合わせにより実現されてもよい。また、エンジンECU30、及びアイドルストップECU40の機能の一部又は全部は、他のECUにより実現されてもよい。また、エンジンECU30、及びアイドルストップECU40は、他のECUの機能の一部又は全部を実現するものであってもよい。例えば、アイドルストップECU40の機能の一部又は全部は、エンジンECU30により実現されてもよい。
電気負荷50は、オルタネータ12及びバッテリ20と接続され、これらからの電力供給により駆動する。また、電気負荷50は、印加される電圧が上昇すると、流れる電流が増加する。電気負荷50は、ヘッドランプ、ワイパー、エアコン、オーディオ、メータ等の電装品を含んでよい。
次に、エンジン制御装置1の動作、特に、エンジン制御装置1によるエンジン10の停止時における制御処理について説明をする。
図2は、エンジン制御装置1(エンジンECU30)によるエンジン停止時における制御処理の一例を示すフローチャートである。なお、当該制御処理は、エンジン制御装置1が搭載された車両のイグニッションオン後、イグニッションオフまで所定時間毎に実行される。
まず、ステップS101では、エンジン停止要求(アイドルストップECU40からのエンジン停止要求とイグニッションスイッチからのオフ信号とを含む)を受信したか否かを判定する。エンジン停止要求が受信されなかった場合、今回の処理は終了する。エンジン停止要求を受信した場合、ステップS102に進む。
ステップS102では、オルタネータ12の発電電圧を通常時よりも高く設定する。具体的には、上述したとおり、エンジンECU30からの発電電圧を高くする指示に応じて、オルタネータ12のレギュレータがフィールド電流を制御することによりオルタネータ12の発電電圧を変化させ、通常時よりも高い発電電圧にして、ステップS103に進む。例えば、オルタネータ12が通常時の発電電圧(例えば、電気負荷50の定格電圧)である12Vで発電を行っている状態で、アイドルストップECU40からエンジン停止要求が出力された場合、本ステップにおいて、発電電圧を14Vに上昇させるとよい。
ステップS103では、エンジン10を停止させる制御を実行する(エンジン停止制御)。具体的には、上述したとおり、エンジン10の各気筒への燃料供給を(所定のタイミングで)カットする制御を実行する。これにより、燃料供給をカットされたエンジン10は、エンジン10内部のフリクションロス、エンジン10の各気筒におけるポンピングロス等により運動エネルギーが消費され、惰性で数回転した後に停止する。
次に、エンジン制御装置1(エンジンECU30)による当該制御処理の作用について、具体的に説明をする。
図3は、エンジン制御装置1(エンジンECU30)によるエンジン10の停止動作の一例を説明するタイムチャートである。具体的には、エンジン10の停止前後における、オルタネータ12の発電電流とエンジン10の回転数の時間変化を表したものである。上図は、縦軸にオルタネータ12の発電電流、横軸に時間を示し、オルタネータ12の発電電流の時間変化を表す。また、下図は、縦軸にエンジン10の回転数、横軸に時間を示し、エンジン10の時間変化を表す。なお、本実施形態におけるエンジン制御装置1によるエンジン10の停止動作(図2のステップS102に対応して、エンジン10の停止時において発電電圧を上昇させる場合)を太い実線で示す。また、比較例として、エンジン10の停止時において発電電圧を上昇させない場合(通常時の発電電圧を維持する場合)を細い実線で示す。また、本図の説明においては、アイドルストップ機能によりエンジン10が停止する場合について説明を行うが、運転者のイグニッションスイッチのオフ操作によるエンジン10の停止についても、その動作及び作用は、同様であるため、説明を省略する。
図3を参照するに、エンジン停止要求が出力される時刻t1までにおいて、オルタネータ12の発電電圧は、通常時の電圧(例えば、12V)で略一定に維持されている状態であり、オルタネータ12に接続される電気負荷50に応じた一定の発電電流が流れている。また、エンジン10は、略一定のアイドリング回転数にて回転している。
時刻t1にて、アイドルストップECU40が所定のエンジン停止条件を満足したことによりエンジン停止要求を出力する。そして、該エンジン停止要求を受信したエンジンECU30は、図2のステップS101〜S102に対応して、オルタネータ12の発電電圧を通常時よりも高くする。本例の場合、通常時の電圧(例えば、12V)で発電されていたオルタネータ12の発電電圧を上昇させる(例えば、14V)。すると、時刻t1以降で、発電電圧の上昇に対応した電気負荷50に流れる電流の増加により、発電電流は増加する。
発電電流の増加が継続している時刻t2において、図2のステップS103に対応して、エンジン10の停止制御が開始される。ここで、上述した時刻t1からt2の間で、オルタネータ12の発電電圧が上昇し、発電電流も増加しているため、時刻t2におけるオルタネータ12による負荷トルク(発電抵抗)は、通常時よりも増大している。そのため、時刻t2以降、オルタネータ12の発電抵抗により、エンジン10の回転数が急速に減少し、時刻t3において、エンジン10の回転が停止する。なお、オルタネータ12の発電電流も時刻t2直後に最大値を取り、その後、エンジン10の回転数の急速な減少に伴い、急速に低下し、時刻t3において、0になる。
これに対して、比較例の場合、エンジン10の停止制御が開始される時刻t2までオルタネータ12の発電電圧は、通常時の電圧(例えば、12V)に維持され、オルタネータ12に接続される電気負荷50に応じた一定の発電電流が流れている。
そして、時刻t2にて、エンジン10の停止制御が開始されるが、本例によるエンジン制御装置1のようにオルタネータ12の負荷トルク(発電抵抗)は、通常時のままであるため、エンジン10の回転数は緩やかに減少する。そのため、エンジン10は、時刻t3よりも後の時刻t4まで回転が継続して、停止する。
なお、図3において、エンジン10の停止制御が開始された時刻t2からエンジン10が停止するまでの時間は、比較例のようにオルタネータ12の発電電圧を通常時のままで維持した場合よりも、本例のように発電電圧を通常時よりも高くした方が略半分に短縮できている。
このように、少なくともエンジン10の停止制御を開始するまでに、オルタネータ12の発電電圧を通常時よりも高くすることで、オルタネータ12の発電抵抗を増大させることができ、これにより、早期にエンジン10を停止させることができる。また、エンジン10は、アイドリング回転数以下の回転数領域に共振点を有するように設計されるのが通例であるため、エンジン10を早期に停止させることにより当該車両の搭乗者に与える不快感を抑制することができる。即ち、エンジン10の共振点に対応する回転数付近を通過する際に、当該車両には大きな振動や騒音が発生するため、エンジン10を早期に停止させることにより、エンジン10の振動や騒音の継続時間を短縮でき、搭乗者への不快感を抑制することができる。特に、アイドルストップ車の場合、エンジン10の停止と始動が繰り返されるため、搭乗者への不快感を大きく抑制することが可能となる。
また、エンジン10の回転が停止するまでの時間が長いと、エンジン10の停止後に、当該車両において実行される各種制御処理(例えば、各種ECUにおけるシャットダウン制御やアイドルストップ後の始動制御)に速やかに移行できず、問題が生じるおそれがある。例えば、アイドルストップ車において、一時停止の場面等、エンジン停止からエンジン始動までの間隔が短い場面では、エンジン停止時にエンジンが停止するまでの時間が長いと、直ぐに始動制御に移行できず、当該車両の搭乗者に不快感を与えるおそれがある。そこで、本実施形態によるエンジン制御装置1のように、エンジン10の停止時に、発電電圧を通常時より高くして、早期にエンジン10を停止させることにより、上述のような問題を解消することができる。
また、通常時のオルタネータ12の発電電圧は、電気負荷50の定格電圧やエンジン10の効率(エンジン10に与える発電抵抗による燃費悪化)を考慮した電圧に設定することができるため、これらの性能とエンジン10の早期停止との両立を図ることができる。
ここで、図3の例では、オルタネータ12が通常時における発電電圧で発電を行っている状態で、エンジン停止要求が出力されたが、既に、オルタネータ12の発電電圧が通常時よりも高く設定された状態にある場合はそれを維持させても良い。
例えば、上述したとおり、エンジンECU30は、当該車両の減速時において、オルタネータ12の発電電圧を通常時よりも高くしてよい。これにより、減速時の回生による発電電圧がバッテリ20の端子電圧より十分に高くなるため、効率よく減速回生電力をバッテリ20に充電することができ、当該車両の燃費を向上させることができる。この場合に、当該車両が減速した後に停車し、所定のエンジン停止条件を満足した場合、アイドルストップECU40は、エンジン停止要求をエンジンECU30に出力する。この際、エンジンECU30は、既に通常時よりも高く設定されている発電電圧をそのまま継続して高く設定しておくとよい。これにより、図3の例と同様に、エンジン10を早期に停止させることができ、当該車両の搭乗者への不快感を抑制することができる。また、減速時における発電電圧の設定をそのまま移行することができるため、制御の煩雑さを抑制することも可能である。なお、上述した図3の例と同様、オルタネータ12の発電電圧を、減速時における電圧(例えば、14V)から更に上昇させてもよい(例えば、16V)。
また、図3の例では、アイドルストップECU40からのエンジン停止要求(イグニッションスイッチからのオフ信号)を受信後、直ぐにエンジン10の停止制御を開始しているが、上述したとおり、エンジン10を直ぐに停止できない場合がある。そのため、エンジンECU30は、エンジン停止要求(オフ信号)の受信後、エンジン10を停止させることが可能となった時点以降に、オルタネータ12の発電電圧を通常時よりも高くしてもよい。これにより、確実にエンジン10を停止させる場合に、発電電圧を通常時よりも高くするため、発電抵抗の増大による燃費悪化を抑制することができる。特に、当該車両の一時停止時等に、エンジン停止要求に応じて、エンジン10を直ぐに停止できない場合は、エンジン10が停止する前に、エンジン始動要求が出力され、エンジン10が停止しない場合が起こりうる。そのため、このような場合に、オルタネータ12の発電電圧を通常時よりも上昇させることがなくなる。
以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば、上述した実施形態において、電気負荷50の設定等により更に発電電流を増加させ、エンジン10の停止時におけるオルタネータ12の発電抵抗を更に増大させることにより、エンジン10の更なる早期停止を図ってもよい。具体的には、電気負荷50のうち、同じ印加電圧に対して、通電電流が変化する電気負荷が含まれる場合、オルタネータ12の発電電圧を通常時よりも高くするのに加えて、当該電気負荷を通電電流が最大となるように制御してもよい。より具体的には、スイッチのオン/オフにより通電電流が変化する電気負荷の場合、オルタネータ12の発電電圧を通常時よりも高くするのに加えて、当該電気負荷のスイッチをオンにすることにより発電電流を更に増大させてもよい。
1 エンジン制御装置
10 エンジン
12 オルタネータ(発電機)
20 バッテリ
30 エンジンECU(制御部)
40 アイドルストップECU
50 電気負荷

Claims (4)

  1. 車両を駆動するエンジンと、
    該エンジンにより駆動され、発電電圧を変更可能な発電機と、
    前記発電機に接続され、前記発電機からの電力供給により駆動する電気負荷であって、印加される電圧が上昇するのに応じて、電流が増加する電気負荷と、
    エンジン停止要求に応じて、前記エンジンを停止させる制御部であって、少なくとも前記エンジンの停止を開始するまでに、前記発電電圧を通常時よりも高くする制御部と、を有する、
    エンジン制御装置。
  2. 前記制御部は、
    前記エンジン停止要求に応じて、前記発電電圧を通常時よりも高くする、
    請求項1に記載のエンジン制御装置。
  3. 前記車両は、
    所定のエンジン停止条件を満足した場合、自動的に前記エンジンを停止するアイドルストップ機能を有し、
    前記制御部は、
    前記車両が減速しているときに、前記発電電圧を通常時よりも高くし、
    前記減速後、前記車両が停車し、前記所定のエンジン停止条件を満足した場合、前記車両が停止する前における発電電圧を維持することを特徴とする、
    請求項1に記載のエンジン制御装置。
  4. 前記制御部は、
    前記エンジン停止要求に応じて、前記エンジンを停止させることが可能か否かを判断し、前記エンジンを停止させることが可能であると判断した後に、前記発電電圧を通常時よりも高くする、
    請求項1又は2に記載のエンジン制御装置。
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