JP2018071464A - 車両システム - Google Patents

Abstract

【課題】アイドルストップからエンジンを再始動させる際の所要時間を効果的に短縮する。【解決手段】スタータモータ１６と、エアコンプレッサと、エアコンプレッサを無負荷運転状態に切り替える強制開弁機構と、ブレーキ操作が検出され、且つ、車速が所定の低速域まで低下すると、エンジン１０の燃料噴射を中断させるアイドルストップ制御を実施するアイドルストップ制御部と、アイドルストップ制御の実施中に発進操作が検出されると、スタータモータ１６を駆動させてエンジン１０を再始動させる再始動制御を実施する再始動制御部と、再始動制御によってエンジン１０が再始動される際に、強制開弁機構を作動させてエアコンプレッサを無負荷運転状態に制御する負荷低減制御部とを備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、車両システムに関し、特に、アイドルストップ機能を備えた車両システムに関する。

従来、燃費の向上を図るべく、運転者のブレーキ操作によって車速が所定の低速域まで低下すると、エンジンの燃料噴射を中断（エンジンを停止）させるアイドルストップ機能を備えた車両が広く普及している。一般的に、アイドルストップからエンジンを再始動させる場合には、スタータモータによりフライホイールに駆動力を伝達することで、エンジンのクランクシャフトを回転させている。このようなエンジンの再始動時に、スタータモータの負荷を低減するために、オルタネータ等の補器類の作動を禁止或いは制限する技術が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１６３３２３号公報

一般的に、トラック等の大型車両には、エアブレーキ装置や車高調整装置等、エアコンプレッサから供給される圧縮空気を作動媒体とする多くの装置が搭載されている。このような大型車両のエアコンプレッサは、一般乗用車等の補器類に比べ、大きな駆動力を必要とする。このため、大型車両においては、アイドルストップからエンジンを再始動させる際に、エアコンプレッサを含めた各種補器類を駆動させると、スタータモータに大きな駆動出力が必要となり、再始動に要する時間が長くなってしまう課題がある。

本開示の技術は、アイドルストップからエンジンを再始動させる際の所要時間を効果的に短縮することを目的とする。

本開示の技術は、エンジンのクランクシャフトに駆動力を伝達して前記エンジンを始動させるスタータモータと、前記エンジンから伝達される動力で駆動するエアコンプレッサと、前記エアコンプレッサの吸入弁を強制的に開弁して前記エアコンプレッサを無負荷運転状態に切り替える強制開弁機構と、車速を検出する車速検出手段と、運転者によるブレーキ操作がなされたか否かを検出するブレーキ操作検出手段と、運転者による発進操作がなされたか否かを検出する発進操作検出手段と、前記ブレーキ操作検出手段によってブレーキ操作が検出され、且つ、前記車速検出手段により検出される前記車速が所定の低速域まで低下すると、前記エンジンの燃料噴射を中断させるアイドルストップ制御を実施するアイドルストップ制御手段と、前記アイドルストップ制御の実施中に前記発進操作検出手段によって発進操作が検出されると、前記スタータモータを駆動させて前記エンジンを再始動させる再始動制御を実施する再始動制御手段と、前記再始動制御によって前記エンジンが再始動される際に、前記強制開弁機構を作動させて前記エアコンプレッサを無負荷運転状態に制御する負荷低減制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、前記クランクシャフトに電子制御式のファンクラッチを介して断接可能に接続された冷却ファンをさらに備え、前記負荷低減制御手段は、前記再始動制御によって前記エンジンが再始動される際に、前記ファンクラッチを断に制御することが好ましい。

また、前記エアコンプレッサに配管を介して接続されて前記エアコンプレッサから供給される圧縮空気が充填されるエアタンクと、前記エアタンク内の空気圧力が所定の閾値圧力に達すると、当該空気圧力によって弁体が移動して開放されるエアガバナと、前記エアガバナが開放されると、当該エアガバナから供給される空気圧力で移動して前記エアコンプレッサの吸入弁を強制的に開弁するロッドを含むアンロード弁と、をさらに備え、前記強制開弁機構は、前記弁体に設けられたプランジャと、前記プランジャを囲む電磁コイルとを含み、前記負荷低減制御手段からの指令に応じて前記電磁コイルに電流が印加されると、前記弁体が移動して前記エアガバナを強制的に開放するものでもよい。

また、前記エアコンプレッサに配管を介して接続されて前記エアコンプレッサから供給される圧縮空気が充填されるエアタンクと、前記エアタンク内の空気圧力が所定の閾値圧力に達すると、当該空気圧力によって弁体が移動して開放されるエアガバナと、前記エアガバナが開放されると、当該エアガバナから供給される空気圧力で移動して前記エアコンプレッサの吸入弁を強制的に開弁するロッドを含むアンロード弁と、をさらに備え、前記強制開弁機構は、前記ロッドに設けられたプランジャと、前記プランジャを囲む電磁コイルとを含み、前記負荷低減制御手段からの指令に応じて前記電磁コイルに電流が印加されると、前記ロッドが移動して前記エアコンプレッサの前記吸入弁を強制的に開弁するものでもよい。

本開示の技術によれば、アイドルストップからエンジンを再始動させる際の所要時間を効果的に短縮することができる。

本発明の一実施形態に係る車両システムを示す模式的な全体構成図である。 本発明の一実施形態に係る圧縮空気供給装置を示す模式的な全体構成図である。 本発明の一実施形態に係る圧縮空気供給装置において、強制開弁機構によってエアガバナが開放された状態を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る電子制御ユニットを示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る電子制御ユニットによる制御フローを説明するフローチャート図である。 他の実施形態に係る圧縮空気供給装置の一例を示す模式的な全体構成図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る車両システムを説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１は、本実施形態に係る車両システムを示す模式的な全体構成図である。本実施形態の車両１は、例えば、トラック等の大型車両であって、エンジン１０のクランクシャフト１０Ａの出力側には、変速機１２のインプットシャフト１２Ａがクラッチ装置１１を介して断接可能に接続されている。変速機１２の図示しないアウトプットシャフトには、プロペラシャフト１３及び、差動装置１４を介して左右の駆動輪１５Ｌ，Ｒがそれぞれ接続されている。スタータモータ１６は、クランクシャフト１０Ａに固設されたフライホイール外周のリングギヤ１７に図示しないワンウェイクラッチを介して接続されている。

クランクシャフト１０Ａの前端側には、電子制御式ファンクラッチ２０を介して冷却ファン２１が断接可能に接続されている。電子制御式ファンクラッチ２０の断接は、後述する電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）６０により制御される。また、エンジン１０の側部には、圧縮空気供給装置１００（図２参照）の一部を構成するエアコンプレッサ１１０が設けられている。

車速センサ５１は、車両１の走行速度（車速）を検出する。アクセルペダルセンサ５２は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量を検出する。ブレーキペダルセンサ５３は、図示しないブレーキペダルの踏み込み量を検出する。シフトポジションセンサ５４は、現在のシフトポジションを検出する。これら各種センサ５１〜５４で検出されるセンサ値は、電気的に接続されたＥＣＵ６０に出力される。ＥＣＵ６０の詳細については後述する。

次に、図２に基づいて本実施形態に係る圧縮空気供給装置１００の詳細について説明する。

圧縮空気供給装置１００は、少なくとも、エアコンプレッサ１１０と、アンロード弁１１７と、エアドライヤ１２０と、エアタンク１３０と、エアガバナ１４０と、これらを接続する複数本のエア配管１５０〜１５５と、強制開弁機構１７０とを備えている。

エアコンプレッサ１１０は、エンジン１０（図１参照）から伝達される動力で駆動する。より詳しくは、エアコンプレッサ１１０は、何れも図示しないエンジンのクランクシャフトにプーリ等を介して接続された回転軸１１１と、回転軸１１１にコンロッド１１２を介して連結されて、シリンダ１１３内を往復移動可能なピストン１１４と、開閉動作によりシリンダ１１３内に外気を取り入れる吸入弁１１５と、開閉動作によりシリンダ１１３内から圧縮空気を吐出させる吐出弁１１６とを備えている。

エアコンプレッサ１１０は、ピストン１１４が降下する吸気行程時には、吸入弁１１５が開弁し、且つ、吐出弁１１６が閉弁することで、シリンダ１１３内に吸入配管１５０を介して外気が取り込まれるようになっている。一方、ピストン１１４が上昇する圧縮行程時には、吸入弁１１５が閉弁し、且つ、吐出弁１１６が開弁することで、圧縮空気がシリンダ１１３内から第１供給配管１５１内に吐出されるようになっている。

アンロード弁１１７は、ハウジング１１７Ａと、ハウジング１１７Ａ内に摺動移動可能に設けられて、圧力室１１７Ｂを区画するアンロードピストン１１７Ｃと、一端側をアンロードピストン１１７Ｃに固定されると共に、他端側を吸入弁１１５に当接させたロッド１１７Ｄと、ハウジング１１７Ａ内に設けられてアンロードピストン１１７Ｃを圧力室１１７Ｂ側に付勢するリターンスプリング１１７Ｅとを備えている。アンロード弁１１７の作動については、詳細を後述する。

エアドライヤ１２０は、第１供給配管１５１及び、ラバーホース１５２等を介してエアコンプレッサ１１０に接続されており、エアコンプレッサ１１０から供給される圧縮空気に含まれる水分を除去する。これらエアコンプレッサ１１０とエアドライヤ１２０とを接続する配管系には、逆止弁１２１が設けられている。また、エアドライヤ１２０は、第２供給配管１５３を介してエアタンク１３０に接続されている。

エアタンク１３０には、エアドライヤ１２０によって水分を除去された圧縮空気が充填される。エアタンク１３０内の圧縮空気は、エアタンク１３０に接続された各配管１６０，１６１を介して、図示しないエアブレーキ装置や車高調整装置等に供給される。

エアガバナ１４０は、エアタンク１３０内の空気圧力に応じて、エアコンプレッサ１１０を負荷運転状態と無負荷運転状態とに切り替える。より詳しくは、エアガバナ１４０は、ガバナシリンダ１４１と、ガバナシリンダ１４１の底部に設けられた入口ポート１４２と、ガバナシリンダ１４１の側部に設けられた出口ポート１４３と、ガバナシリンダ１４１内を摺動移動して各ポート１４２,１４３を開閉（連通／遮断）可能なガバナピストン１４４と、ガバナシリンダ１４１内に設けられてガバナピストン１４４を各ポート１４２，１４３が閉塞（遮断）される方向（底部側）に付勢するガバナスプリング１４５とを備えている。

入口ポート１４２は、第３供給配管１５４を介してエアタンク１３０に接続され、出口ポート１４３は、第３供給配管１５５を介してアンロード弁１１７のハウジング１１７Ａに接続されている。

ここで、エアタンク１３０内の空気圧力が所定の閾値圧力に達すると、エアタンク１３０から第３供給配管１５４を介して入口ポート１４２に供給される圧縮空気の圧力がガバナスプリング１４５の付勢力よりも大きくなり、ガバナピストン１４４は各ポート１４２，１４３を連通させる方向（図中上方）に移動する。各ポート１４２，１４３が連通し、エアガバナ１４０が開放されると、圧縮空気は第３供給配管１５５を介してアンロード弁１１７のハウジング１１７Ａに供給され、アンロードピストン１１７Ｃがリターンスプリング１１７Ｅの付勢力に抗して移動することで、ロッド１１７Ｄがエアコンプレッサ１１０の吸入弁１１５を強制的に開弁するようになっている。

このように、吸入弁１１５が強制的に開弁されると、エアコンプレッサ１１０のピストン１１４が上下動しても、シリンダ１１３内に吸入あるいは吐出される空気は、吸入弁１１５及び吐出弁１６を比較的少ない抵抗で流れるのみとなり、エアコンプレッサ１１０は第１供給配管１５１に圧縮空気を送らない無負荷運転状態（アンロード運転状態）に切り替えられるようになっている。

強制開弁機構１７０は、ＥＣＵ６０からの指令に応じてエアガバナ１４０を強制的に開放（各ポート１４２，１４３を連通）するもので、ガバナピストン１４４のロッド１４４Ａに固定されたプランジャ１７１と、プランジャ１７１を囲む電磁コイル１７２と、電磁コイル１７２を保持するホルダ１７３とを備えている。

電磁コイル１７２に電流が印加されると、図３（Ａ）に示すように、プランジャ１７１が電磁コイル１７２に引き付けられ、これに伴いガバナピストン１４４がロッド１４４Ａと一体に図中上方に移動して各ポート１４２，１４３を連通させることで、エアガバナ１４０は強制的に開放される。エアガバナ１４０が開放されると、アンロード弁１１７が作動して吸入弁１１５を強制的に開弁することで、エアコンプレッサ１１０は無負荷運転状態に切り替えられる。

一方、電磁コイル１７２への電流の印加が停止されると、図３（Ｂ）示すように、プランジャ１７１が電磁コイル１７２から離反して、ガバナピストン１４４がロッド１４４Ａと一体にガバナスプリング１４５の付勢力によって移動することで、各ポート１４２，１４３は遮断される。この状態において、エアコンプレッサ１１０は、エアタンク１３０内の空気圧力が閾値圧力に達するまでは、圧縮空気の供給を行う負荷運転状態で維持されるようになっている。

次に、図４に基づいて、ＥＣＵ６０の詳細について説明する。ＥＣＵ６０は、車両１の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。また、ＥＣＵ６０は、アイドルストップ制御部６１と、エンジン再始動制御部６２と、負荷低減制御部６３とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるＥＣＵ６０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

アイドルストップ制御部６１は、本発明のアイドルストップ制御手段であって、車両１の走行中に、運転者によるブレーキ操作がなされ、且つ、車速センサ５１によって検出される車速Ｖが所定の低速域（例えば、１３ｋｍ／ｈ）まで低下するアイドルストップ開始条件が成立すると、エンジン１０の燃料噴射を中断（エンジン１０を停止）させるアイドルストップ制御を実施する。ブレーキ操作の有無はブレーキペダルセンサ５３によって検出すればよい。

エンジン再始動制御部６２は、本発明の再始動制御手段であって、アイドルストップ制御による車両１の停車中に運転者による発進操作がなされた場合に、スタータモータ１６を駆動させると共に、エンジン１０の燃料噴射を再開して、エンジン１０を再始動させるエンジン再始動制御を実行する。運転者による発進操作の有無は、アクセルペダルセンサ５２やシフトポジションセンサ５４のセンサ値に基づいて判定すればよい。

負荷低減制御部６３は、本発明の負荷低減制御手段であって、エンジン再始動制御の開始時に、エアコンプレッサ１１０を無負荷運転状態に切り替えると共に、電子制御式ファンクラッチ２０を断にする負荷低減制御を実施する。より詳しくは、負荷低減制御部６３は、アイドルストップ制御による車両１の停車中に運転者による発進操作がなされると、強制開弁機構１７０の電磁コイル１７２に電流を印加する指示信号を出力すると共に、電子制御式ファンクラッチ２０にクランクシャフト１０Ａと冷却ファン２１との接続を断にする指示信号を出力する。すなわち、エンジン再始動制御の開始時には、エアガバナ１４０が強制的に開放されて吸入弁１１５を開弁することで、エアコンプレッサ１１０が無負荷運転状態に切り替わると共に、クランクシャフト１０Ａと冷却ファン２１との接続が切断されることで、エンジン１０の再始動に必要なスタータモータ１６の駆動出力が効果的に低減されるようになっている。

次に、図５に基づいて本実施形態のＥＣＵ６０による制御フローを説明する。なお、図５に示す制御は、エンジン１０のイグニッションキーＯＮ操作と同時にスタートする。

ステップＳ１００では、運転者によるブレーキ操作がなされ、且つ車速Ｖが所定の低速域まで低下するアイドルストップ開始条件が成立しているか否かが判定される。条件が成立している場合（肯定）はＳ１１０に進み、エンジン１０の燃料噴射を停止させるアイドルストップ制御が実施され、条件が不成立の場合（否定）はリターンされる。

ステップＳ１２０では、運転者による発進操作がなされたか否かが判定される。発進操作がなされた場合（肯定）は、ステップＳ１３０に進んで、強制開弁機構１７０の電磁コイル１７２に電流が印加されて、エアコンプレッサ１１０が無負荷運転状態に切り替えられ、ステップＳ１４０にて、電子制御式ファンクラッチ２０にクランクシャフト１０Ａと冷却ファン２１との接続を断にする指示信号が出力される。さらに、ステップＳ１５０に進み、スタータモータ１６を駆動させると共に、エンジン１０の燃料噴射を再開して、エンジン１０を再始動させるエンジン再始動制御が実施され、その後、本制御はリターンされる。

以上のように構成された本実施形態によれば、アイドルストップ制御からエンジン１０を再始動させる場合には、エアコンプレッサ１１０が無負荷運転状態に切り替えられると共に、電子制御式ファンクラッチ２０を断にしてクランクシャフト１０Ａと冷却ファン２１との接続が切断されるようになっている。これにより、エンジン１０の再始動に必要なスタータモータ１６の駆動出力を効果的に低減させることが可能となり、エンジン１０の再始動に要する時間も確実に短縮することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、図６に示すように、強制開弁機構１７０をエアガバナ１４０ではなく、アンロード弁１１７に設けて構成してもよい。この場合は、アンロード弁１１７のロッド１１７Ｄにプランジャ１７１を設け、エンジン１０の再始動時には、電磁ソレノイド１７２に電流を印加して、アンロード弁１１７を作動させるように構成すればよい。

また、強制開弁機構１７０は、電磁ソレノイド式に限定されず、作動油圧を用いる油圧式や、ペレット等の感温部材を用いる感温式等、他の機構を用いることもできる。これら何れの場合も上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

また、車両１は駆動源としてエンジン１０のみを備えるものとして説明したが、走行用モータ等を備えるハイブリッド車両であってもよい。

１０ エンジン
１１ クラッチ装置
１２ 変速機
１３ プロペラシャフト
１４ 差動装置
１５Ｌ，Ｒ 駆動輪
１６ スタータモータ
２０ 電子制御式ファンクラッチ
２１ 冷却ファン
５１ 車速センサ
５２ アクセルペダルセンサ
５３ ブレーキペダルセンサ
５４ シフトポジションセンサ
６０ ＥＣＵ
６１ アイドルストップ制御部
６２ エンジン再始動制御部
６３ 負荷低減制御部
１００ 圧縮空気供給装置
１１０ エアコンプレッサ
１１７ アンロード弁
１２０ エアドライヤ
１３０ エアタンク
１４０ エアガバナ
１７０ 強制開弁機構

Claims (4)

1. エンジンのクランクシャフトに駆動力を伝達して前記エンジンを始動させるスタータモータと、
   前記エンジンから伝達される動力で駆動するエアコンプレッサと、
   前記エアコンプレッサの吸入弁を強制的に開弁して前記エアコンプレッサを無負荷運転状態に切り替える強制開弁機構と、
   車速を検出する車速検出手段と、
   運転者によるブレーキ操作がなされたか否かを検出するブレーキ操作検出手段と、
   運転者による発進操作がなされたか否かを検出する発進操作検出手段と、
   前記ブレーキ操作検出手段によってブレーキ操作が検出され、且つ、前記車速検出手段により検出される前記車速が所定の低速域まで低下すると、前記エンジンの燃料噴射を中断させるアイドルストップ制御を実施するアイドルストップ制御手段と、
   前記アイドルストップ制御の実施中に前記発進操作検出手段によって発進操作が検出されると、前記スタータモータを駆動させて前記エンジンを再始動させる再始動制御を実施する再始動制御手段と、
   前記再始動制御によって前記エンジンが再始動される際に、前記強制開弁機構を作動させて前記エアコンプレッサを無負荷運転状態に制御する負荷低減制御手段と、を備える
   ことを特徴とする車両システム。
2. 前記クランクシャフトに電子制御式のファンクラッチを介して断接可能に接続された冷却ファンをさらに備え、
   前記負荷低減制御手段は、前記再始動制御によって前記エンジンが再始動される際に、前記ファンクラッチを断に制御する
   請求項１に記載の車両システム。
3. 前記エアコンプレッサに配管を介して接続されて前記エアコンプレッサから供給される圧縮空気が充填されるエアタンクと、
   前記エアタンク内の空気圧力が所定の閾値圧力に達すると、当該空気圧力によって弁体が移動して開放されるエアガバナと、
   前記エアガバナが開放されると、当該エアガバナから供給される空気圧力で移動して前記エアコンプレッサの吸入弁を強制的に開弁するロッドを含むアンロード弁と、をさらに備え、
   前記強制開弁機構は、前記弁体に設けられたプランジャと、前記プランジャを囲む電磁コイルとを含み、前記負荷低減制御手段からの指令に応じて前記電磁コイルに電流が印加されると、前記弁体が移動して前記エアガバナを強制的に開放する
   請求項１又は２に記載の車両システム。
4. 前記エアコンプレッサに配管を介して接続されて前記エアコンプレッサから供給される圧縮空気が充填されるエアタンクと、
   前記エアタンク内の空気圧力が所定の閾値圧力に達すると、当該空気圧力によって弁体が移動して開放されるエアガバナと、
   前記エアガバナが開放されると、当該エアガバナから供給される空気圧力で移動して前記エアコンプレッサの吸入弁を強制的に開弁するロッドを含むアンロード弁と、をさらに備え、
   前記強制開弁機構は、前記ロッドに設けられたプランジャと、前記プランジャを囲む電磁コイルとを含み、前記負荷低減制御手段からの指令に応じて前記電磁コイルに電流が印加されると、前記ロッドが移動して前記エアコンプレッサの前記吸入弁を強制的に開弁する
   請求項１又は２に記載の車両システム。

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