JP2018193897A - 制御装置および制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】停止した内燃機関を速やかに始動すること。
【解決手段】制御装置は、エンジンの気筒内への燃料の噴射を制御する噴射制御部110と、吸気通路に設けられたスロットルバルブの開閉を制御するスロットル開閉制御部120と、スロットルバルブの開度が第1規定開度以下であるか否かを判定する判定部と、クランクシャフトに無端ベルトを介して接続された出力軸を回転させるモータを制御するモータ制御部と、を有する。モータ制御部は、エンジンが停止される場合、噴射制御部110による噴射停止制御およびスロットル開閉制御部120による閉制御の後、判定部によってスロットルバルブの開度が第1規定開度以下であると判定された場合、モータから負トルクを出力させる負トルク発生制御を実行する。
【選択図】図2

Description

本発明は、内燃機関の停止時に制御を行う制御装置および制御方法に関する。
従来、内燃機関を搭載した車両において、燃費の向上や排ガスの低減を目的として、アイドリングストップ制御が行われることが知られている。アイドリングストップ制御は、車両の停止時には内燃機関を自動的に(運転者の操作によらずに)停止し、車両の発進時には内燃機関を自動的に再始動させる制御である。
例えば特許文献1には、アイドリングストップ制御を行う際に、モータジェネレータを発電機として駆動させて負トルクを発生させることにより、内燃機関の回転を停止させる技術が開示されている。
特開2005−9449号公報
しかしながら、アイドリングストップ制御によって内燃機関が停止したときに気筒(シリンダ)内の圧力が高い状態であると、再始動時に残圧により内燃機関の回転が阻害される。その結果、内燃機関の再始動に時間がかかってしまう。
本発明の目的は、停止した内燃機関の速やかな始動を実現できる制御装置および制御方法を提供することである。
本発明の制御装置は、内燃機関の気筒内への燃料の噴射を制御する噴射制御部と、前記内燃機関に接続される吸気通路に設けられたスロットルバルブの開閉を制御するスロットル開閉制御部と、前記スロットルバルブの開度が第1規定開度以下であるか否かを判定する判定部と、前記内燃機関のクランクシャフトに所定部材を介して接続された出力軸を回転させるモータを制御するモータ制御部と、を有し、前記モータ制御部は、駆動中の前記内燃機関の停止が行われる場合、前記噴射制御部によって前記燃料の噴射を停止する制御が行われ、かつ、前記スロットル開閉制御部によって前記スロットルバルブを閉状態にする制御が行われた後、前記判定部によって前記スロットルバルブの開度が前記第1規定開度以下であると判定された場合、前記モータから負トルクを出力させる負トルク発生制御を実行する。
本発明の制御方法は、内燃機関の気筒内への燃料の噴射と、前記内燃機関に接続される吸気通路に設けられたスロットルバルブの開閉と、および、前記内燃機関のクランクシャフトに所定部材を介して接続された出力軸を回転させるモータの駆動と、を制御する制御方法であって、駆動中の前記内燃機関の停止が行われる場合、前記燃料の噴射を停止するとともに、前記スロットルバルブを閉状態にする制御を行い、前記スロットルバルブの開度が第1規定開度以下であるか否かを判定し、前記スロットルバルブの開度が前記第1規定開度以下であると判定した場合、前記モータから負トルクを出力させる。
本発明によれば、停止した内燃機関の速やかな始動を実現することができる。
本発明の実施の形態に係る内燃機関とその周辺の構成例を示す模式図 本発明の実施の形態に係るECUの構成例を示すブロック図 本発明の実施の形態に係るHCUの構成例を示すブロック図 本発明の実施の形態に係るECUおよびHCUの動作例を示すシーケンスチャート
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
まず、本発明の実施の形態に係る内燃機関とその周辺の構成について、図1を用いて説明する。
図1は、本実施の形態に係る内燃機関とその周辺の構成例を示す模式図である。図1において、破線の矢印は、電気信号の流れを示している。
図1に示す各構成要素は、例えば、アイドリングストップ制御が行われる車両に搭載される。
ディーゼルエンジン(内燃機関の一例。以下、エンジンという)1の上流側には、インテークマニホールド2を介して吸気通路3が接続されている。なお、図示は省略するが、エンジン1の下流側には、エキゾーストマニホールドを介して排気通路が接続されている。
吸気通路3には、エンジン1に吸入されるエアの流量を調整するスロットルバルブ4が設けられている。スロットルバルブ4の開度は、ECU(Engine Control Unit)10によって制御される。
また、吸気通路3には、スロットルバルブ4の開度を検出する開度センサ5が設けられている。開度センサ5は、検出したスロットルバルブ4の開度(以下、検出開度という)を示す信号を、適宜、ECU10へ出力する。
また、図示は省略するが、エンジン1には、複数の気筒(シリンダ)と、各気筒内に燃料を噴射する燃料噴射装置(インジェクタ)とが備えられている。燃料噴射装置による燃料の噴射動作は、ECU10によって制御される。また、各気筒内には、気筒内を上下に摺動するピストン(図示略)が備えられている。
クランクシャフト6は、ピストンの上下運動を回転運動に変換するコンロッド(図示略)に接続されている。これにより、クランクシャフト6は回転する。なお、図示は省略するが、クランクシャフト6は、変速機、減速機を介し、車輪に接続された所定のシャフトに接続されている。
また、クランクシャフト6は、無端ベルトを介してモータジェネレータ(以下、モータという)8の出力軸9に接続されている。出力軸9は、モータ8の駆動によって回転する。モータ8は、HCU(Hybrid Control Unit)20によって制御される。
出力軸9の回転運動は、無端ベルト7を介してクランクシャフト6に伝達される。これにより、本実施の形態では、BAS(Belted Alternator Starter)が実現される。なお、出力軸9とクランクシャフト6の接続手段は、無端ベルト7に限定されない。
なお、図示は省略するが、クランクシャフト6には、エンジン1の回転数を検出する回転数センサが設けられている。回転数センサは、検出した回転数(以下、検出回転数という)度を示す信号を、適宜、ECU10へ出力する。
ECU10およびHCU20については、図2、図3を用いて後述する。本実施の形態に係るECU10およびHCU20は、本発明の「制御装置」の一例に相当する。
以上、本発明の実施の形態に係る内燃機関とその周辺の構成について説明した。
次に、ECU10の構成について、図2を用いて説明する。図2は、ECU10の構成例を示すブロック図である。
ECU10は、噴射制御部110、スロットル開閉制御部120、および情報出力部130を有する。
噴射制御部110は、所定のタイミングで所定の量の燃料を噴射するように燃料噴射装置を制御する。以下では、燃料噴射装置に燃料の噴射を実行させる制御を「噴射制御」といい、燃料噴射装置に燃料の噴射を停止させる制御を「噴射停止制御」という。
スロットル開閉制御部120は、スロットルバルブ4を開状態または閉状態に制御する。以下では、スロットルバルブ4を開状態にする制御を「開制御」といい、スロットルバルブ4を閉状態にする制御を「閉制御」という。
情報出力部130は、種々の情報をHCU20へ出力する。種々の情報は、例えば、開度センサ4により検出された検出開度を示す情報(以下、開度情報という)、回転数センサにより検出された検出回転数を示す情報(以下、回転数情報という)、燃料の噴射量を示す情報などである。
以上、ECU10の構成について説明した。
次に、HCU20の構成について、図3を用いて説明する。図3は、HCU20の構成例を示すブロック図である。
HCU20は、要求出力部210、判定部220、およびモータ制御部230を有する。
要求出力部210は、種々の要求をECU10へ出力する。種々の要求は、例えば、エンジン1を停止させる要求(以下、エンジン停止要求という)、開制御の実行の要求(以下、開制御要求という)などがある。
エンジン停止要求は、例えば、走行中の車両が走行を停止したとき(例えば、ブレーキペダルの踏込量が所定値以上であるときや、ギアがドライブからニュートラルに変更されたときなど)に出力される。なお、エンジン停止要求は、噴射停止制御および閉制御の実行の要求と言い換えてもよい。
開制御要求は、例えば、負トルク発生制御が終了した場合に出力される。
なお、本実施の形態において、エンジン1の停止とは、エンジン1の一時的な停止(例えば、アイドリングストップ制御によるエンジン1の停止)を含むものとし、エンジン1の始動とは、エンジン1の再始動(例えば、アイドリングストップ制御によるエンジン1の再始動)を含むものとする。
判定部220は、ECU10から受け取った開度情報または回転数情報に基づいて、種々の判定を行う。
例えば、判定部220は、開度情報に示される検出開度が第1規定開度以下であるか否かを判定する。第1規定開度とは、例えば、0%、または、0%より大きいが0%に近い値である。
また、例えば、判定部220は、開度情報に示される検出開度が第2規定開度以上であるか否かを判定する。第2規定開度とは、クランキングが実行された際にインテークマニホールド2内が負圧にならない値である。また、第2規定開度は、第1規定開度より大きい値である。
また、例えば、判定部220は、回転数情報に示される検出回転数が第1規定回転数以下であるか否かを判定する。第1規定回転数とは、例えば、ゼロ、または、ゼロより大きいがほぼゼロに近い値である。
また、例えば、判定部220は、回転数情報に示される検出回転数が第2規定回転数以上であるか否かを判定する。第2規定回転数とは、例えば、クランキングの実行により上昇しうる回転数の上限値、または、その上限値より小さいが上限値に近い値である。
モータ制御部230は、モータ8に対する制御として、クランキング制御または負トルク発生制御を行う。
クランキング制御とは、モータ8から正トルクを出力させる制御である。このクランキング制御により、モータ8の出力軸9は、エンジン1の回転方向と同方向に回転し、これと同様に、クランクシャフト6も、エンジン1の回転方向と同方向に回転する。
負トルク発生制御とは、モータ8から負トルクを出力させる制御である。この負トルク発生制御により、モータ8の出力軸9およびクランクシャフト6は、エンジン1の回転を制動する。
以上、HCU20の構成について説明した。
次に、ECU10およびHCU20の動作について、図4を用いて説明する。図4は、ECU10およびHCU20の動作例を示すシーケンスチャートである。
まず、HCU20の要求出力部210は、エンジン停止要求をECU10へ出力する(ステップS101)。このエンジン停止要求は、例えば、走行中の車両の走行を停止させるために、ブレーキペダルの踏込量を所定量以上(換言すれば、ブレーキをオン状態)にする操作が行われたときに、出力される。
ECU10がエンジン停止要求を受け取ると、噴射制御部110は、噴射停止制御を実行し、スロットル開閉制御部120は、閉制御を行う(ステップS102)。これにより、エンジン回転数およびスロットルバルブ4の開度は、時間の経過とともに低下する。
そして、情報出力部130は、開度情報および回転数情報をHCU20へ出力する(ステップS103)。なお、この出力処理は、所定の時間間隔で複数回行われるとする。
HCU20が開度情報および回転数情報を受け取ると、判定部220は、開度情報に示される検出開度が第1規定開度以下であるか否かを判定する(ステップS104)。
検出開度が第1規定開度以下ではない場合(ステップS104:NO)、判定部220は、次に受け取った開度情報に示される検出開度が第1規定開度以下であるか否かを判定する。
一方、検出開度が第1規定開度以下である場合(ステップS104:YES)、モータ制御部230は、負トルク発生制御を実行する(ステップS105)。
このように、本実施の形態では、検出開度が第1規定開度以下ではない場合は負トルク発生制御が実行されず、検出開度が第1規定開度以下となったら負トルク発生制御が実行される。
この負トルク発生制御により、上述したとおり、モータ8の出力軸9およびクランクシャフト6がエンジン1の回転を制動する。よって、低下中のエンジン回転数をより速やかに低下させることができる。
次に、判定部220は、回転数情報に示される検出回転数が第1規定回転数以下であるか否かを判定する(ステップS106)。ここでの回転数情報は、負トルク発生制御が開始された後にHCU20が受け取った回転数情報である。
検出回転数が第1規定回転数以下ではない場合(ステップS106:NO)、判定部220は、次に受け取った回転数情報に示される検出回転数が第1規定回転数以下であるか否かを判定する。
一方、検出回転数が第1規定回転数以下である場合(ステップS106:YES)、モータ制御部230は、負トルク発生制御を終了し、要求出力部210は、開制御要求をECU10へ出力する(ステップS107)。
ECU10が開制御要求を受け取ると、スロットル開閉制御部120は、開制御を実行する(ステップS108)。これにより、スロットルバルブ4の開度は、時間の経過とともに上昇する。
そして、情報出力部130は、開度情報および回転数情報をHCU20へ出力する(ステップS109)。なお、この出力処理は、所定の時間間隔で複数回行われるとする。
ここで、例えば、負トルク発生制御の終了後ある程度の時間が経過してから、停止中の車両を発進させるために、ブレーキペダルの踏込量をゼロ(換言すれば、ブレーキをオフ状態)にする操作が行われたとする。換言すれば、エンジン1が再始動する条件(再始動条件という)が満たされたとする。
HCU20の判定部220は、開度情報に示される検出開度が第2規定開度以上であるか否かを判定する(ステップS110)。
検出開度が第2規定開度以上ではない場合(ステップS110:NO)、判定部220は、次に受け取った開度情報に示される検出開度が第2規定開度以上であるか否かを判定する。
一方、検出開度が第2規定開度以上である場合(ステップS110:YES)、モータ制御部230は、クランキング制御を実行する(ステップS111)。
このように、本実施の形態では、検出開度が第2規定開度以下である場合はクランキング制御が実行されず、検出開度が第2規定開度以上となったらクランキング制御が実行される。
このクランキング制御により、上述したとおり、モータ8の出力軸9がエンジン1の回転方向と同方向に回転し、クランクシャフト6も、エンジン1の回転方向と同方向に回転する。よって、時間の経過とともにエンジン回転数が上昇する。
その後、ECU10の噴射制御部110は、エンジン回転数が規定値に達すると、噴射制御を実行する(ステップS113)。
一方、判定部220は、回転数情報に示される検出回転数が第2規定回転数以上であるか否かを判定する(ステップS112)。ここでの回転数情報は、クランキング制御が開始された後にHCU20が受け取った回転数情報である。
検出回転数が第2規定回転数以上ではない場合(ステップS112:NO)、判定部220は、次に受け取った回転数情報に示される検出回転数が第2規定回転数以上であるか否かを判定する。
一方、検出回転数が第2規定回転数以上である場合(ステップS112:YES)、モータ制御部230は、クランキング制御を終了する(ステップS114)。その後、エンジン1は、自立運転する。
以上、ECU10およびHCU20の動作について説明した。
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態によれば、駆動中のエンジン1を停止する場合、噴射停止制御および閉制御を実行した後、検出開度が第1規定開度以下となったら負トルク発生制御を実行する。これにより、エンジン1の停止時に気筒の内圧を低下させることができ、エンジン1を再始動する場合、気筒内の残圧によりエンジン1の回転が阻害されることがない。したがって、エンジン1を速やかに始動できる。なお、第1規定スロットル開度以下となる前に負トルク発生制御を実行したとすると、気筒の内圧を負圧にできずにエンジン1を停止させてしまう。そのため、エンジン1を速やかに再始動することはできない。
また、本実施の形態によれば、負トルク発生制御によってクランクシャフト6をエンジン1の回転を制動させる。よって、エンジン回転数をより速やかに停止させることができ、振動の発生を抑制できる。その結果、乗員の不快感を低減できる。
このように、本実施の形態によれば、内燃機関の速やかな停止と、停止した内燃機関の速やかな始動との両立を実現することができる。
また、エンジン1を再始動する場合において、スロットルバルブ4が閉状態のままクランキングが行われると、インテークマニホールド2内が負圧になり、スロットルバルブ4が開状態にならないおそれがある。そこで、本実施の形態では、エンジン1を再始動する場合、開制御を実行した後、検出開度が第2規定開度以上となったらクランキング制御を実行する。これにより、インテークマニホールド2内が負圧にならず、スロットルバルブ4を開状態にできる。
以上、本実施の形態の作用効果について説明した。
以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、本発明は、上述の実施の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。以下、各変形例について説明する。
[変形例1]
上記実施の形態では、負トルク発生制御の終了後ある程度の時間が経過してから、再始動条件が満たされた場合を例に挙げて説明したが、その場合以外について、以下に説明する。
まず、負トルク発生制御の終了直後に再始動条件が満たされた場合について説明する。
この場合は、上記実施の形態とほぼ同様の動作となる。すなわち、負トルク発生制御の終了直後に、要求出力部210は、開制御要求をECU10へ出力する。そして、モータ制御部230は、検出開度が第2規定開度以上となったらクランキング制御を実行する。その後の動作は、実施の形態と同じである。
次に、負トルク発生制御の終了前に(検出回転数が第1規定回転数以下となる前に)再始動条件が満たされた場合について説明する。
この場合、モータ制御部230は、再始動条件が満たされた時点で直ちに負トルク発生制御を終了し、要求出力部210は、開制御要求をECU10へ出力する。そして、モータ制御部230は、検出開度が第2規定開度以上となったらクランキング制御を実行する。その後の動作は、実施の形態と同じである。
[変形例2]
上記実施の形態では、内燃機関がディーゼルエンジンである場合を例に挙げて説明したが、内燃機関はガソリンエンジンであってもよい。
<本開示のまとめ>
本発明の制御装置は、内燃機関の気筒内への燃料の噴射を制御する噴射制御部と、前記内燃機関に接続される吸気通路に設けられたスロットルバルブの開閉を制御するスロットル開閉制御部と、前記スロットルバルブの開度が第1規定開度以下であるか否かを判定する判定部と、前記内燃機関のクランクシャフトに所定部材を介して接続された出力軸を回転させるモータを制御するモータ制御部と、を有し、前記モータ制御部は、駆動中の前記内燃機関の停止が行われる場合、前記噴射制御部によって前記燃料の噴射を停止する制御が行われ、かつ、前記スロットル開閉制御部によって前記スロットルバルブを閉状態にする制御が行われた後、前記判定部によって前記スロットルバルブの開度が前記第1規定開度以下であると判定された場合、前記モータから負トルクを出力させる負トルク発生制御を実行する。
なお、上記制御装置において、前記判定部は、前記負トルク発生制御の実行後、前記内燃機関の回転数が第1規定回転数以下であるか否かを判定し、前記モータ制御部は、前記判定部によって前記内燃機関の回転数が前記第1規定回転数以下であると判定された場合、前記負トルク発生制御を終了してもよい。
また、上記制御装置において、前記モータ制御部は、前記判定部によって前記内燃機関の回転数が前記第1規定回転数以下であると判定される前に停止中の前記内燃機関が始動される場合、直ちに前記負トルク発生制御を終了してもよい。
また、上記制御装置において、前記スロットル開閉制御部は、前記負トルク発生制御の終了後に、前記スロットルバルブを開状態にする制御を行ってもよい。
また、上記制御装置において、前記判定部は、停止中の前記内燃機関が始動される場合、前記スロットルバルブの開度が第2規定開度以上であるか否かを判定し、前記モータ制御部は、前記判定部によって前記スロットルバルブの開度が前記第2規定開度以上であると判定された場合、前記モータから正トルクを出力させるクランキング制御を実行してもよい。
また、上記制御装置において、前記判定部は、前記クランキング制御の実行後、前記内燃機関の回転数が第2規定回転数以上であるか否かを判定し、前記モータ制御部は、前記判定部によって前記内燃機関の回転数が前記第2規定回転数以上であると判定された場合、前記クランキング制御を終了してもよい。
また、上記制御装置において、前記噴射制御部は、前記クランキング制御の実行後、前記内燃機関の回転数が規定値に達した場合、前記燃料の噴射を実行してもよい。
本発明の制御方法は、内燃機関の気筒内への燃料の噴射と、前記内燃機関に接続される吸気通路に設けられたスロットルバルブの開閉と、および、前記内燃機関のクランクシャフトに所定部材を介して接続された出力軸を回転させるモータの駆動と、を制御する制御方法であって、駆動中の前記内燃機関の停止が行われる場合、前記燃料の噴射を停止するとともに、前記スロットルバルブを閉状態にする制御を行い、前記スロットルバルブの開度が第1規定開度以下であるか否かを判定し、前記スロットルバルブの開度が前記第1規定開度以下であると判定した場合、前記モータから負トルクを出力させる。
本発明は、内燃機関の停止時に制御を行う制御装置および制御方法に適用できる。
1 ディーゼルエンジン
2 インテークマニホールド
3 吸気通路
4 スロットルバルブ
5 開度センサ
6 クランクシャフト
7 無端ベルト
8 モータジェネレータ
9 出力軸
10 ECU
20 HCU
110 噴射制御部
120 スロットル開閉制御部
130 情報出力部
210 要求出力部
220 判定部
230 モータ制御部

Claims (8)

  1. 内燃機関の気筒内への燃料の噴射を制御する噴射制御部と、
    前記内燃機関に接続される吸気通路に設けられたスロットルバルブの開閉を制御するスロットル開閉制御部と、
    前記スロットルバルブの開度が第1規定開度以下であるか否かを判定する判定部と、
    前記内燃機関のクランクシャフトに所定部材を介して接続された出力軸を回転させるモータを制御するモータ制御部と、を有し、
    前記モータ制御部は、
    駆動中の前記内燃機関の停止が行われる場合、前記噴射制御部によって前記燃料の噴射を停止する制御が行われ、かつ、前記スロットル開閉制御部によって前記スロットルバルブを閉状態にする制御が行われた後、前記判定部によって前記スロットルバルブの開度が前記第1規定開度以下であると判定された場合、前記モータから負トルクを出力させる負トルク発生制御を実行する、
    制御装置。
  2. 前記判定部は、
    前記負トルク発生制御の実行後、前記内燃機関の回転数が第1規定回転数以下であるか否かを判定し、
    前記モータ制御部は、
    前記判定部によって前記内燃機関の回転数が前記第1規定回転数以下であると判定された場合、前記負トルク発生制御を終了する、
    請求項1に記載の制御装置。
  3. 前記モータ制御部は、
    前記判定部によって前記内燃機関の回転数が前記第1規定回転数以下であると判定される前に停止中の前記内燃機関が始動される場合、直ちに前記負トルク発生制御を終了する、
    請求項2に記載の制御装置。
  4. 前記スロットル開閉制御部は、
    前記負トルク発生制御の終了後に、前記スロットルバルブを開状態にする制御を行う、
    請求項2または3に記載の制御装置。
  5. 前記判定部は、
    停止中の前記内燃機関が始動される場合、前記スロットルバルブの開度が第2規定開度以上であるか否かを判定し、
    前記モータ制御部は、
    前記判定部によって前記スロットルバルブの開度が前記第2規定開度以上であると判定された場合、前記モータから正トルクを出力させるクランキング制御を実行する、
    請求項4に記載の制御装置。
  6. 前記判定部は、
    前記クランキング制御の実行後、前記内燃機関の回転数が第2規定回転数以上であるか否かを判定し、
    前記モータ制御部は、
    前記判定部によって前記内燃機関の回転数が前記第2規定回転数以上であると判定された場合、前記クランキング制御を終了する、
    請求項5に記載の制御装置。
  7. 前記噴射制御部は、
    前記クランキング制御の実行後、前記内燃機関の回転数が規定値に達した場合、前記燃料の噴射を実行する、
    請求項5に記載の制御装置。
  8. 内燃機関の気筒内への燃料の噴射と、前記内燃機関に接続される吸気通路に設けられたスロットルバルブの開閉と、および、前記内燃機関のクランクシャフトに所定部材を介して接続された出力軸を回転させるモータの駆動と、を制御する制御方法であって、
    駆動中の前記内燃機関の停止が行われる場合、前記燃料の噴射を停止するとともに、前記スロットルバルブを閉状態にする制御を行い、
    前記スロットルバルブの開度が第1規定開度以下であるか否かを判定し、
    前記スロットルバルブの開度が前記第1規定開度以下であると判定した場合、前記モータから負トルクを出力させる、
    制御方法。
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