JP2019044598A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】手動変速機が搭載されたＭＴ車において、アイドルストップした内燃機関の再始動の確実性を高める。【解決手段】内燃機関１００が出力するエンジントルクを手動変速機３００を介して車軸に伝達し走行する車両を制御するものであって、内燃機関１００のアイドル回転を停止させるアイドルストップを開始した後、アイドルストップ状態のままで所定の時間が経過した場合には、手動変速機３００のギヤが噛合していないことを条件として、内燃機関１００を再始動することとし、なおかつ、内燃機関１００のアイドルストップを開始してからこれを再始動するまでの経過時間が閾値よりも長い場合と、閾値よりも短い場合とで、アイドルストップした内燃機関１００を再始動する際の吸入空気量、燃料噴射量または点火タイミングのうち少なくとも一つを変更する制御装置を構成した。【選択図】図２

Description

本発明は、手動変速機が搭載されたＭＴ（Ｍａｎｕａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）車の制御を司る制御装置に関する。

ＭＴ車では、運転者が任意にシフトレバーを操作して手動変速機の変速段位を変更することができ、また、運転者が任意にクラッチペダルを操作して内燃機関と手動変速機との間に介在するクラッチの接続／切断を切り換えることができる。シフトレバーがニュートラルポジションにあるとき、またはクラッチペダルが踏まれているときには、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトと車両の車軸（及び、駆動輪）との間の接続が切り離され、内燃機関と車軸との間でトルクが伝達されなくなる。

近時、ＭＴ車においても、信号待ち等による車両の停車中に、内燃機関のアイドル回転を停止させるアイドルストップを実施して、燃料消費の抑制を図るようになっている。既知のアイドリングストップシステムでは、車速が０近傍となり、シフトレバーがニュートラルポジションにあり、クラッチペダルが踏まれておらず、車両が所在する路面の勾配が大きくなく、内燃機関の温度が十分に高く、車載のバッテリの蓄電量（または、バッテリ電圧）が十分に大きい、等といった諸条件がおしなべて成立したときに、内燃機関を停止させる。

そして、内燃機関のアイドルストップ中にクラッチペダルが踏まれたり、アイドルストップ状態のまま所定時間（例えば、三分間）が経過したり、車両のドアが開かれたり、運転席のシートベルトが外されたり、バッテリの蓄電量が減少したり、車室内空調用のエアコンディショナが稼働したりしたならば、内燃機関を再始動する（例えば、下記特許文献１を参照）。

ところが、アイドルストップ中に、運転者がクラッチペダルを踏まないでシフトレバーをニュートラルポジションから何れかの変速段位に操作し、変速機のギヤを噛合させることがある。この場合、内燃機関のクランクシャフトと車両の車軸とが連結されることから、内燃機関の再始動が禁止される。さすれば、アイドルストップの開始から所定時間が経過したとしても、クラッチペダルが踏まれるかシフトレバーがニュートラルポジションに復帰しない限り、内燃機関は停止した状態のままとなる。

内燃機関の停止が長時間に及ぶと、内燃機関の温度が低下し、摩擦損失及び冷却損失が増大する。そのような状況下で、平常のアイドルストップからの復帰と同様に内燃機関を再始動しようとしても、エンジン回転が適切に加速せず、始動不良に陥るおそれがある。何故ならば、再始動時の内燃機関の温度は予め十分に高いと想定されており、エンジン回転数の吹き上がりを抑制する目的で、再始動の際の吸入空気量及び燃料噴射量は冷間始動におけるそれよりも削減され、また混合気への点火タイミングも遅角化しているからである。

アイドルストップした内燃機関の再始動不良の問題を回避するべく、アイドルストップ中に運転者がシフトレバーをニュートラルポジションから移動できないよう、シフトレバーをロックする機構を実装することも考えられる（例えば、下記特許文献２を参照）。これにより、内燃機関の停止時間が不当に長くなること自体を予防できる。しかしながら、このようなハードウェアの追加は、車両の重量化及びコストの騰貴を招き、必ずしも好ましくない。

特開２０１７−１１５６７９号公報 特開２０１５−０４８８９５号公報

以上の点に初めて着目してなされた本発明は、ＭＴ車において、アイドルストップした内燃機関の再始動の確実性を高めることを所期の目的としている。

本発明では、内燃機関が出力するエンジントルクを手動変速機を介して車軸に伝達し走行する車両を制御するものであって、内燃機関のアイドル回転を停止させるアイドルストップを開始した後、アイドルストップ状態のままで所定の時間が経過した場合には、手動変速機のギヤが噛合していないことを条件として、内燃機関を再始動することとし、なおかつ、内燃機関のアイドルストップを開始してからこれを再始動するまでの経過時間が閾値よりも長い場合と、閾値よりも短い場合とで、アイドルストップした内燃機関を再始動する際の吸入空気量、燃料噴射量または点火タイミングのうち少なくとも一つを変更する制御装置を構成した。

本発明によれば、ＭＴ車において、アイドルストップした内燃機関の再始動の確実性を高めることができる。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。 同実施形態における車両の駆動系の概略構成を示す図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関１００の概要を示す。本実施形態における内燃機関１００は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（例えば、三気筒。図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を気筒１毎に設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

外部ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。

本実施形態では、車両として、手動変速機３００を搭載したＭＴ車を想定している。周知の通り、ＭＴ車においては、図２に示すように、車両の駆動源となる内燃機関１００の出力軸であるクランクシャフトと、車両の車軸（及び、駆動輪）との間に、運転者が変速比（減速比）を手動で変更することのできる手動変速機３００が介在している。運転者は、シフトレバー３０１を操作することで、手動変速機３００の変速段位を任意に変更することができる。また、シフトレバー３０１をニュートラルポジションに位置付けることで、手動変速機３００におけるギヤの噛合が解除され、手動変速機３００の入力軸と出力軸とが切り離される。ひいては、内燃機関１００のクランクシャフトと車両の車軸との間の接続が切り離され、クランクシャフトと車軸との間でトルクが伝達されなくなる。

そして、内燃機関１００のクランクシャフトと手動変速機３００の入力軸との間に、運転者の操作により断接切換が可能なクラッチ２００を配設している。運転者がクラッチペダル２０１を踏むとこのクラッチ２００が切断され、内燃機関１００のクランクシャフトと変速機３００との間でトルクが伝達されなくなる。運転者がクラッチペダル２０１を踏むのを止めると、再びクラッチ２００が接続されて、クランクシャフトと変速機３００との間でトルクが伝達されるようになる。

本実施形態の車両の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｏｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、内燃機関１００のクランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、内燃機関１００に対して要求される負荷率）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関１００の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、シフトレバー３０１がニュートラルポジションにある（手動変速機３００のどの変速段位のギヤも噛合していない）か否かまたはシフトレバー３０１の位置を検出するスイッチから出力されるシフトポジション信号ｆ、クラッチペダル２０１が踏まれていることを検出するスイッチから出力されるクラッチ信号ｇ、車載のバッテリの端子電圧及び／または端子電流を検出する電圧／電流センサから出力されるバッテリ電圧／電流信号ｈ等が入力される。

ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関１００の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関１００の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数及びアクセル開度を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数、アクセル開度及び吸気量等に基づき、吸気量に見合った要求燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。

本実施形態のＥＣＵ０は、所定のアイドルストップ条件が成立したときに、内燃機関１００のアイドル回転を停止させるアイドルストップを実施する。ＥＣＵ０は、内燃機関１００の温度（冷却水温）が所定以上に高く、車載のバッテリの蓄電量若しくは端子電圧が所定以上に高く、現在の車速が０近傍であり、クラッチペダル２０１が踏まれておらず（クラッチ２００が接続されており）、シフトレバー３０１がニュートラルポジションにある（手動変速機３００のギヤが噛合していない）、等といった諸条件がおしなべて成立したことを以て、アイドルストップ条件が成立したものと判断する。

アイドルストップ条件の成立後、所定のアイドルストップ終了条件が成立したときには、内燃機関１００を再始動する。ＥＣＵ０は、車速が０近傍でなくなった、クラッチペダル２０１が踏まれた（クラッチ２００が切断された）、アイドルストップしたまま所定時間（例えば、三分間）が経過した、ドアカーテシスイッチを介して運転席のドアが開けられたことを感知した、シートベルトバックルスイッチを介して運転席のシートベルトが外されたことを感知した、車載のバッテリの蓄電量若しくは端子電圧が低下した、車室内空調用のエアコンディショナが稼働を開始した、等のうち何れかを以て、アイドルストップ終了条件が成立したものと判断する。

停止した内燃機関１００を始動（アイドリングストップからの復帰だけでなく、冷間始動をも含む）するに際して、ＥＣＵ０は、電動機（スタータまたはＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）。図示せず）に制御信号ｏを入力し、当該電動機によりクランクシャフトを回転させるクランキングを行う。クランキングは、内燃機関１００が初爆から連爆へと至り、エンジン回転数が完爆判定値を超えたときに、完爆したものと見なして終了する。クランキングの終了条件となる完爆判定値は、内燃機関１００の温度が低いほど高く設定する。

アイドルストップ中に、運転者が、クラッチペダル２０１を踏まずに、シフトレバー３０１をニュートラルポジションから何れかの変速段位に操作し、手動変速機３００のギヤを噛合させることがある。このとき、内燃機関１００のクランクシャフトと車両の車軸とが連結され、その状態で内燃機関１００の始動のためのクランキングを開始すると、電動機に過剰な負荷がかかったり、ショックが発生したりする懸念がある。

故に、ＥＣＵ０は、クラッチペダル２０１が踏まれたこと以外のアイドルストップ終了条件、即ちアイドルストップしたまま所定時間が経過した、運転席のドアが開けられた、運転席のシートベルトが外された、バッテリの蓄電量若しくは端子電圧が低下した、またはエアコンディショナが稼働を開始した等の条件が成立した場合には、シフトレバー３０１がニュートラルポジションにない限り、内燃機関１００の再始動を行わない。

上記の再始動の禁止は、クラッチペダル２０１が踏まれるか、シフトレバー３０１がニュートラルポジションに復帰することで解除される。換言すれば、運転者がクラッチペダル２０１を踏み、またはシフトレバー３０１をニュートラルポジションに戻さない限り、アイドルストップした内燃機関１００が所定時間を超えて停止し続けることとなる。内燃機関１００の停止が長時間に及ぶと、当然ながら内燃機関１００の温度が低下して、摩擦損失及び冷却損失が増大する。そのような状況下で、平常のアイドルストップからの復帰と同様に内燃機関１００を再始動しようとしても、エンジン回転が適切に加速せず、始動不良に陥るおそれがある。

そこで、本実施形態のＥＣＵ０は、内燃機関１００のアイドルストップを開始してからこれを再始動するまでの経過時間の多寡に応じて、内燃機関１００の再始動のためのクランキング中及びクランキング終了（完爆）直後の時期の吸入空気量、燃料噴射量、点火タイミングのうちの少なくとも一つを調整するようにしている。具体的には、アイドルストップの開始からの経過時間が閾値よりも長い場合に、経過時間が閾値よりも低い場合と比較して、
・クランキング中及びクランキング終了直後の時期に、吸気通路３を通じて気筒１に吸引される吸入空気量をより増量する。そのために、スロットルバルブ３２の開度をより拡大させる
・クランキング中及びクランキング終了直後の時期に、インジェクタ１１から噴射する燃料の量をより増量する
・クランキング中及びクランキング終了直後の時期の、点火プラグ１２による混合気への火花点火のタイミングをより進角する
のうちの少なくとも一つを実行する。これにより、長時間アイドルストップしていた内燃機関１００であっても確実に再始動することが可能となる。なお、この場合におけるスロットルバルブ３２の開度、燃料噴射量及び／または点火タイミングは、イグニッションキー（または、イグニッションスイッチ）がＯＦＦからＯＮに操作されて内燃機関１００を冷間始動する際のそれと同等とすることができる。

翻って、アイドルストップ開始からの経過時間が閾値よりも短い場合には、クランキング中及びクランキング終了直後の時期のスロットルバルブ３２の開度をより縮小し、燃料噴射量をより減量し、及び／または、点火タイミングをより遅角することで、内燃機関１００の出力するエンジントルクを低減させ、完爆後のエンジン回転数の過剰な吹き上がりを防止する。さすれば、不必要な燃料消費を抑制でき、燃費性能の一層の向上に資する。

アイドルストップ開始からの経過時間と比較するべき閾値は、アイドルストップ終了条件の一つである所定時間（三分間）と同値であってもよいし、これよりも長い時間であってもよい。

また、アイドルストップ開始からの経過時間が閾値を超えて長くなった場合において、ＥＣＵ０は、内燃機関１００が長時間アイドルストップしている事実を運転者の視覚または聴覚に訴えかける態様で報知し、運転者に内燃機関１００の再始動を解禁するための操作、即ちクラッチペダル２０１の踏み込みまたはシフトレバー３０１のニュートラルポジションへの移動を促す。例えば、警告音を鳴らしたり、コックピットに実装している警告ランプを点灯若しくは点滅させたり、ディスプレイの画面に警告を表示したりする。

本実施形態では、内燃機関１００が出力するエンジントルクを手動変速機３００を介して車軸に伝達し走行する車両を制御するものであって、内燃機関１００のアイドル回転を停止させるアイドルストップを開始した後、アイドルストップ状態のままで所定の時間が経過した場合には、手動変速機３００のギヤが噛合していないことを条件として、内燃機関１００を再始動することとし、なおかつ、内燃機関１００のアイドルストップを開始してからこれを再始動するまでの経過時間が閾値よりも長い場合と、閾値よりも短い場合とで、アイドルストップした内燃機関１００を再始動する際の吸入空気量、燃料噴射量または点火タイミングのうち少なくとも一つを変更する制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、内燃機関１００が長時間に亘りアイドルストップすることとなったとしても、これを確実に再始動することができる。一方で、内燃機関１００がアイドルストップしている時間が短い場合には、再始動の際の吸入空気量や燃料噴射量を減量し、及び／または、点火タイミングを遅角することで、エンジン回転数の不当な吹き上がりを抑止し、燃料消費量の抑制を図ることができる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成や具体的な処理の手順は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、手動変速機が搭載された車両の制御に適用できる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１１…インジェクタ
１２…点火プラグ
３２…スロットルバルブ
１００…内燃機関
２００…クラッチ
２０１…クラッチペダル
３００…手動変速機
３０１…シフトレバー
ａ…車速信号
ｆ…シフトポジション信号
ｇ…クラッチ信号
ｈ…バッテリ電圧／電流信号
ｉ…点火信号
ｊ…燃料噴射信号
ｋ…開度操作信号
ｏ…クランキング用の電動機の制御信号

Claims (1)

1. 内燃機関が出力するエンジントルクを手動変速機を介して車軸に伝達し走行する車両を制御するものであって、
   内燃機関のアイドル回転を停止させるアイドルストップを開始した後、アイドルストップ状態のままで所定の時間が経過した場合には、手動変速機のギヤが噛合していないことを条件として、内燃機関を再始動することとし、
   なおかつ、内燃機関のアイドルストップを開始してからこれを再始動するまでの経過時間が閾値よりも長い場合と、閾値よりも短い場合とで、アイドルストップした内燃機関を再始動する際の吸入空気量、燃料噴射量または点火タイミングのうち少なくとも一つを変更する制御装置。

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