JP2018007305A - 車両用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒の暖機時における燃料の消費量を低減することができる、車両用制御装置を提供する。【解決手段】オルタネータによる発電は、バッテリの端子電圧がその目標値である目標電圧に一致するように制御される。エンジンの始動時には、その始動から所定時間Ｔ１−Ｔ３内にエンジンから排出される排ガスを浄化するための触媒の暖機が完了するように目標電圧が設定される。【選択図】図２

Description

本発明は、自動車などの車両に用いられ、発電機による発電を制御する制御装置に関する。

エンジンを駆動源とする車両では、エンジンの始動直後に、排ガスに含まれる有害物質の排出量の低減のために、排気浄化用の触媒（たとえば、三元触媒）の暖機が行われる。

図４は、従来の車両におけるエンジン始動後のバッテリ電圧、触媒暖機補正量および排気量の時間変化を示す図である。

触媒の暖機のための補正制御では、触媒に流入する排ガスの温度を上昇させるために、たとえば、点火時期が遅角（リタード）されるとともに、エンジンの吸入空気量が増加される。この点火時期の遅角量および吸入空気量の増加量、つまり触媒暖機補正量は、エンジンの始動時（時刻Ｔ１１）から第１所定量まで漸増され、所定時間（時間Ｔ１２−Ｔ１３）にわたって第１所定量に保持された後、第１所定量から第２所定量まで漸増される（時刻Ｔ１４）。その後、触媒暖機補正量が第２所定量に保持され、エンジンの始動時から一定時間（たとえば、２０秒間）が経過すると（時刻Ｔ１５）、触媒暖機補正量が０に低減されて、触媒の暖機のための補正制御が終了される。

エンジンの始動から触媒暖機補正量が第１所定量に保持されている期間の終了まで（時間Ｔ１１−Ｔ１３）、エンジンからの排気量はほぼ一定量となり、触媒暖機補正量が第１所定量から漸増されると、これに伴って排気量が増加する。触媒暖機補正量が第２所定量に保持されている間は、排気量もほぼ一定量に保持され、触媒暖機補正量が０に低減されると、排気量が減少する（時刻Ｔ１５）。

特開２００１−３２９８３４号公報

エンジンの始動時には、バッテリからエンジンに付随して設けられたスタータに電圧が印加されて、スタータの作動により、エンジンがクランキングされる。スタータの動作電力が大きいため、エンジンの始動時には、バッテリの放電電流が大きくなり、バッテリの端子電圧（バッテリ電圧）および充電残量（バッテリ残量）が低下する。そのため、オルタネータによる発電が行われて、オルタネータの発電電力でバッテリが充電される。

オルタネータによる発電を制御するため、公称電圧が１２Ｖのバッテリが搭載されている場合、エンジンの始動後、バッテリの端子電圧の目標電圧が０から１５Ｖまで一定の時間変化率で漸増される。バッテリへの充電量とバッテリからの放電量との収支が一定量になると、オルタネータの発電が停止される（時刻Ｔ１６）。

このオルタネータの発電制御は、通常、触媒の暖機のための補正制御中に終了せず、触媒の暖機のための補正制御の終了後も継続する。オルタネータの発電中は、エンジンの負荷が増大するため、エンジンの吸入空気量が多くなり、これに伴い、エンジンからの排気量が多くなる。そのため、触媒の暖機のための補正制御の終了後もエンジンからの排気量が多い状態が継続し、その結果、エンジンの始動からオルタネータの発電制御の終了までに燃料が多く消費されてしまう。

本発明の目的は、触媒の暖機時における燃費の向上を図ることができる、車両用制御装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る車両用制御装置は、エンジン、エンジンからの排ガスを浄化するための触媒、エンジンの回転によって発電する発電機、および発電機の発電電力により充電されるバッテリを搭載した車両に用いられる制御装置であって、エンジンの始動から所定時間内に触媒の暖機が完了するように、バッテリの端子電圧の目標電圧を設定する目標電圧設定手段と、バッテリの端子電圧が目標電圧設定手段により設定された目標電圧と一致するように、発電機の発電を制御する発電制御手段とを含む。

この構成によれば、発電機による発電は、バッテリの端子電圧（バッテリ電圧）がその目標値である目標電圧に一致するように制御される。エンジンの始動時には、その始動から所定時間内に触媒の暖機が完了するように目標電圧が設定される。

触媒の暖機を所定時間内に完了させるためには、発電機の発電に伴うエンジンの負荷を大きくし、エンジンの吸入空気量を多くする必要がある。そのため、触媒の暖機が所定時間内に完了するように目標電圧が大きな値に設定されることにより、エンジンの始動によって低下したバッテリ電圧を早期に立ち上げることができる。その結果、触媒の暖機のための補正制御（点火遅角）を行わずに、触媒の暖機を所定時間内に完了させることができながら、バッテリの充電残量（バッテリ残量）を早期に回復させることができる。

そして、触媒の暖機が行われている間にバッテリ残量を大きく回復させることができるので、触媒の暖機の完了後は、発電機の目標電圧を下げて、エンジンの負荷を低減させることができる。

よって、触媒の暖機時における燃費の向上を図ることができながら、エンジン始動によって低下したバッテリ残量を早期に回復させることができる。

発電制御手段は、バッテリの端子電圧が目標電圧と一致するまで、発電機の発電電流を徐々に増加させる徐励制御を実行してもよい。徐励制御により、発電機の発電電流の急増によるエンジンの回転抵抗の急増を抑制することができる。

また、車両用制御装置は、バッテリの充電電流およびバッテリの放電電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段の検出結果に基づいて、エンジン始動時からのバッテリへの充電量とバッテリからの放電量との収支を算出する収支算出手段とをさらに含み、目標電圧設定手段は、収支算出手段により算出される収支が一定収支になったことに応じて、目標電圧を０に設定してもよい。目標電圧が０に設定されることにより、発電機の発電が停止されるので、発電機による無駄な発電を抑制することができる。

本発明によれば、触媒の暖機時における燃費の向上を図ることができながら、エンジン始動によって低下したバッテリ残量を早期に回復させることができる。

本発明の一実施形態に係るＥＣＵが搭載された車両の要部の電気的構成を示すブロック図である。 エンジンの始動時に実行される発電制御について説明するためのタイミングチャートである。 バッテリへの充電量とバッテリからの放電量との収支を算出するための収支算出処理の流れを示すフローチャートである。 従来の車両におけるエンジン始動後のバッテリ電圧、触媒暖機補正量および排気量の時間変化を示す図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜電気的構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るＥＣＵ１１が搭載された車両１の要部の電気的構成を示すブロック図である。

車両１は、エンジン２を駆動源とする自動車である。エンジン２に付随して、エンジン２のクランキングのためのスタータ３と、エンジン２の回転によって発電するオルタネータ４とが設けられている。また、車両１には、バッテリ５が搭載されている。バッテリ５は、たとえば、公称電圧が１２Ｖの鉛電池である。

スタータ３には、エンジン２の始動時に、バッテリ５から電源ライン６を介して電圧が印加される。エンジン２のクランクシャフトには、フライホイールが保持されており、スタータ３に電圧が印加されると、スタータ３のプランジャが移動して、スタータ３のスタータギヤがエンジン２のフライホイールと噛合する。また、スタータ３に設けられたリレーがオンになり、バッテリ５からスタータ３に供給される電流が増大して、スタータ３からエンジン２に大きなトルクが入力され、そのトルクによりエンジン２がクランキングされる。エンジン２がクランキングされながら、エンジン２の点火プラグがスパークされることにより、エンジン２が始動する。

また、バッテリ５の電圧は、車両１に搭載されているワイパモータ、ヘッドライト、エアコンディショナおよびオーディオ機器などの電気負荷７に印加される。

オルタネータ４は、ロータ、ステータおよびＩＣレギュレータを備えている。ロータは、エンジン２のクランクシャフトの回転に伴って回転する。ロータには、フィールドコイル（ロータコイル）が設けられている。回転しているロータのフィールドコイルにＩＣレギュレータからフィールド電流（励磁電流）が供給されることにより、ステータに設けられているステータコイルに電磁誘導による三相交流電流が流れる。三相交流電流は、整流器で直流電圧に整流される。オルタネータ４は、直流電力を発電電力として出力し、この発電電力が電源ライン６を介してバッテリ５に供給されることにより、バッテリ５が充電される。

ＩＣレギュレータは、フィールドコイルに供給されるフィールド電流のデューティ比ＦＤＵＴＹを制御する。フィールド電流のデューティ比ＦＤＵＴＹが大きいほど、オルタネータ４の発電量が増加し、デューティ比ＦＤＵＴＹが小さいほど、オルタネータ４の発電量が減少する。

また、車両１には、たとえば、複数のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）が備えられている。複数のＥＣＵには、次に述べるＥＣＵ１１が含まれる。各ＥＣＵは、同様のハード構成を有しており、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。

ＥＣＵ１１には、ＣＰＵ１２およびメモリ１３（ＲＯＭ、ＲＡＭなど）が備えられている。ＥＣＵ１１には、バッテリ５のマイナス端子に関連して設けられた電流センサ１４が接続されている。電流センサ１４には、バッテリ５のマイナス端子に流入する充電電流とバッテリ５のマイナス端子から流出する放電電流とを区別して検出可能なものが採用されている。また、ＥＣＵ１１には、バッテリ５の端子電圧（バッテリ電圧）が入力される。さらに、ＥＣＵ１１には、図示されていないが、アクセルペダルの操作量に応じた検出信号を出力するアクセルセンサ、エンジン２のクランクシャフトの回転に同期したパルス信号を検出信号として出力するエンジン回転数センサ、エンジン２の電子スロットルバルブの開度（スロットル開度）に応じた検出信号を出力するスロットル開度センサなどの各種センサが接続されている。

ＥＣＵ１１は、各種センサの検出信号から取得した情報および／または他のＥＣＵから入力される種々の情報などに基づいて、エンジン２の始動、停止および出力調整などのため、エンジン２の電子スロットルバルブ、インジェクタおよび点火プラグ、ならびにスタータ３などを制御する。また、ＥＣＵ１１は、バッテリ電圧の目標値である目標電圧を設定して、目標電圧とバッテリ電圧との差に基づく電圧調整信号を生成し、その電圧調整信号をオルタネータ４のＩＣレギュレータに出力する。電圧調整信号がＩＣレギュレータに受け取られると、ＩＣレギュレータにより、その電圧調整信号に基づいて、オルタネータ４のフィールド電流のデューティ比が制御される。

＜発電制御＞
図２は、エンジン２の始動時に実行される発電制御について説明するためのタイミングチャートである。

エンジン２の始動時には、ＥＣＵ１１により、エンジン２から排出される排ガスを浄化するための触媒２１（図１参照）の暖機が所定時間内に完了するように、バッテリ電圧の目標電圧が設定される。具体的には、エンジン２の始動に応じて（時刻Ｔ１）、ＥＣＵ１１により、バッテリ電圧の目標電圧が０Ｖからバッテリ５の公称電圧（たとえば、１２Ｖ）よりも大きい第１電圧（たとえば、１５Ｖ）まで時間Ｔ１−Ｔ２をかけて徐々に大きくなるように設定される。目標電圧が第１電圧に達すると（時刻Ｔ２）、その後は、エンジン２の始動時から一定時間（たとえば、２０秒間）が経過するまで、目標電圧が第１電圧に保持される。

その一方で、ＥＣＵ１１により、バッテリ電圧が目標電圧と一致するまで、徐励制御が実行される。エンジン２の始動時には、スタータ３の作動により、バッテリ５の放電電流が大きくなり、バッテリ電圧およびバッテリ５の充電残量（バッテリ残量）が大きく低下する。そのため、ＥＣＵ１１により、オルタネータ４のフィールドコイルに供給されるフィールド電流のデューティ比ＦＤＵＴＹがバッテリ電圧と目標電圧との差に応じたデューティ比となるように電圧調整信号が生成されると、フィールド電流が急に大きくなり、エンジン２のクランクシャフトの回転抵抗が急増して、エンジン２の回転安定性が損なわれる。そこで、バッテリ電圧が目標電圧と一致するまで、ＥＣＵ１１により、バッテリ電圧と目標電圧との差に基づいて、フィールド電流のデューティ比ＦＤＵＴＹが所定の変化率で上昇するように電圧調整信号が生成される（徐励制御）。これにより、オルタネータ４の発電電流が徐々に増加し、エンジン２の回転安定性を損なわずに、バッテリ電圧を目標電圧に近づけることができる。

エンジン２の始動時から一定時間が経過すると（時刻Ｔ３）、ＥＣＵ１１により、バッテリ電圧の目標電圧が第１電圧から所定の第２電圧（たとえば、１３．５Ｖ）に下げられる。第２電圧は、第１電圧よりも小さく、バッテリ５の公称電圧よりも大きい値に設定される。その後、目標電圧は、第２電圧に保持される。そして、エンジン２の始動時からのバッテリ５への充電量とバッテリ５からの放電量との収支が一定収支になったことに応じて、ＥＣＵ１１により、目標電圧が第２電圧から０に下げられる。目標電圧が０に設定されることにより、オルタネータ４の発電が停止される。

＜収支算出処理＞
図３は、バッテリ５への充電量とバッテリ５からの放電量との収支を算出するための収支算出処理の流れを示すフローチャートである。

前述の発電制御と並行して、ＥＣＵ１１により、収支算出処理が実行される。

収支算出処理では、まず、電流センサ１４の検出信号に基づいて、バッテリ５に流入する充電電流またはバッテリ５から流出する放電電流の電流値が取得される（ステップＳ１１）。

次に、その取得した充電電流または放電電流の電流値に前回の電流値の取得時からの経過時間を乗じることにより、バッテリ５に流入した電気量（充電量）またはバッテリ５から流出した電気量（放電量）が算出される（ステップＳ１２）。

そして、その算出された充電量または放電量が積算されることにより、エンジン２の始動時からのバッテリ５への充電量とバッテリ５からの放電量との収支が算出される（ステップＳ１３）。

その後、バッテリ５への充電量とバッテリ５からの放電量との収支が一定収支に達したか否かが判定される（ステップＳ１４）。

バッテリ５への充電量とバッテリ５からの放電量との収支が一定収支に達するまでは（ステップＳ１４のＮＯ）、前述のステップＳ１１〜Ｓ１３が繰り返されて、バッテリ５への充電量とバッテリ５からの放電量との収支が算出される。

バッテリ５への充電量とバッテリ５からの放電量との収支が一定収支に達すると（ステップＳ１４のＹＥＳ）、収支算出処理と並行して実行されている発電制御が終了と判定されて（ステップＳ１５）、収支算出処理が終了される。

＜作用効果＞
以上のように、オルタネータ４による発電は、バッテリ電圧がその目標値である目標電圧に一致するように制御される。エンジン２の始動時には、その始動から所定時間（時間Ｔ１−Ｔ３）内に触媒２１の暖機が完了するように目標電圧が設定される。

触媒２１の暖機を所定時間内に完了させるためには、オルタネータ４の発電に伴うエンジン２の負荷を大きくし、エンジン２の吸入空気量を多くする必要がある。そのため、触媒２１の暖機が所定時間内に完了するように目標電圧がバッテリ５の公称電圧よりも大きな第１電圧に設定されることにより、エンジン２の始動によって低下したバッテリ電圧を早期に立ち上げることができる。その結果、図２に示されるように、触媒２１の暖機のための補正制御を行わずに（触媒暖機補正量が０に設定されても）、触媒２１の暖機を所定時間内に完了させることができながら、バッテリ５の充電残量（バッテリ残量）を早期に回復させることができる。

そして、触媒２１の暖機の完了後（時刻Ｔ３以後）は、図２に示されるように、オルタネータ４の目標電圧を第１電圧から第２電圧に下げられる。これにより、エンジン２の負荷を低減させることができ、その負荷の低減に伴って、エンジン２からの排気量を低減させることができる。

よって、触媒２１の暖機時における燃費の向上を図ることができながら、エンジン２始動によって低下したバッテリ残量を早期に回復させることができる。

バッテリ残量を早期に回復させることができるので、たとえば、車両１にＩＤＳ制御（アイドリングストップ制御）が採用されている場合には、ＩＤＳ制御が実行される機会を多く確保することができ、ＩＤＳ制御による燃費向上の効果を高めることができる。

すなわち、ＩＤＳ制御では、ブレーキペダルが運転者の足で踏み込まれて、ブレーキが作動し、車速が所定のＩＤＳ開始車速以下に低下すると、エンジン２が自動停止（アイドリングストップ）される。エンジン２の自動停止後は、たとえば、ブレーキペダルから足が離されて、ブレーキが解除されると、エンジン２が自動的に再始動される。このＩＤＳ制御の実行を許可する条件には、通常、バッテリ残量が所定残量以上（ＳＯＣが所定値以上）であるという条件が含まれる。バッテリ残量の回復が早いので、エンジン２の始動後、ＩＤＳ制御の実行が許可されるまでの期間を短くすることができる。その結果、ＩＤＳ制御によりエンジン２の不要なアイドリング回転が停止される機会を多く確保することができ、ＩＤＳ制御による燃費向上の効果を高めることができる。

また、バッテリ５の端子電圧が目標電圧と一致するまでは、オルタネータ４の発電電流を徐々に増加させる徐励制御が実行される。徐励制御により、オルタネータ４の発電電流の急増によるエンジン２の回転抵抗の急増を抑制することができ、エンジン２の回転安定正を確保することができる。

さらにまた、エンジン２始動時からのバッテリ５への充電量とバッテリ５からの放電量との収支が算出され、その収支が一定収支になったことに応じて、目標電圧が０に設定される。これにより、オルタネータ４の発電が停止されるので、オルタネータ４による無駄な発電を抑制することができる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、図２では、バッテリ電圧の目標電圧が第１電圧から第２電圧まで徐々に低減される態様が示されているが、目標電圧が第１電圧から第２電圧まで一気に低減されてもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１ 車両
２ エンジン
４ オルタネータ（発電機）
５ バッテリ
１１ ＥＣＵ（車両用制御装置、目標電圧設定手段、発電制御手段）
２１ 触媒

Claims (1)

1. エンジン、前記エンジンからの排ガスを浄化するための触媒、前記エンジンの回転によって発電する発電機、および前記発電機の発電電力により充電されるバッテリを搭載した車両に用いられる制御装置であって、
   前記エンジンの始動から所定時間内に前記触媒の暖機が完了するように、前記バッテリの端子電圧の目標電圧を設定する目標電圧設定手段と、
   前記バッテリの端子電圧が前記目標電圧設定手段により設定された目標電圧と一致するように、前記発電機の発電を制御する発電制御手段とを含む、車両用制御装置。

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