JP2020060112A - 制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スタータ部品の保護を図りつつ、内燃機関をより早く始動させる。【解決手段】制御装置４０は、受付部５１と、始動制御部５２とを備える。受付部５１は、車両に搭載された内燃機関への始動要求を受け付ける。始動制御部５２は、内燃機関の停止動作中に、受付部５１によって始動要求が受け付けられた場合に、内燃機関へ燃料を噴射させて再始動させるスタータレス始動を行う。また、始動制御部５２は、スタータレス始動後に、内燃機関が再始動しない場合に、内燃機関の負荷を大きくして内燃機関を停止させた後に、スタータを用いて内燃機関を始動させる。【選択図】図２

Description

本発明は、制御装置および制御方法に関する。

従来、車両の停車時にエンジンを停止させるいわゆるアイドルストップ制御を行う制御装置が普及しつつある。この種の制御装置として、エンジンの回転数が低下する途中でエンジンの再始動要求があった場合に、スタータを用いてエンジンを再始動させる技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−００３６４９号公報

しかしながら、従来技術では、スタータの起動回数が増加することから、スタータの耐久性低下が懸念される。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スタータ部品保護を図りつつ、内燃機関をより早く始動させることができる制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、実施形態に係る制御装置は、受付部と、始動制御部とを備える。前記受付部は、車両に搭載された内燃機関への始動要求を受け付ける。前記始動制御部は、前記内燃機関の停止動作中に、前記受付部によって始動要求が受け付けられた場合に、前記内燃機関へ燃料を噴射させて再始動させるスタータレス始動を行う。また、始動制御部は、前記スタータレス始動後に、前記内燃機関が再始動しない場合に、前記内燃機関の負荷を大きくして前記内燃機関を停止させた後に、スタータを用いて前記内燃機関を始動させる。

本発明によれば、スタータ部品保護を図りつつ、内燃機関をより早く始動させることができる。

図１は、制御方法の概要を示す図である。 図２は、制御装置のブロック図である。 図３は、始動制御部による処理を示す図である。 図４は、制御装置が実行する処理手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、実施形態に係る制御装置および制御方法について詳細に説明する。なお、本実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

まず、図１を用いて実施形態に係る制御方法の概要について説明する。図１は、制御方法の概要を示す図である。図１に示すように、実施形態に係る制御方法は、例えば制御装置４０によって実行される。制御装置４０は、エンジン１の全体を制御する。

エンジン１は、例えば４ストローク１サイクルの火花点火型の多気筒内燃機関であり、自動車などの図示しない車両に搭載される。なお、上記したエンジン１の種類は、例示であって限定されるものではなく、単気筒内燃機関などその他の種類の内燃機関であってもよい。

エンジン１は、気筒１０と、ピストン１１と、クランクシャフト１２と、スタータ１３と、燃料噴射弁１４と、点火プラグ１５と、吸気管１６と、排気管１７と、スロットル装置２０とを備える。なお、エンジン１は多気筒内燃機関であるため、気筒１０は複数（例えば４つ）あるが、図１では１つのみ示している。

気筒１０は、シリンダブロック１０ａと、シリンダヘッド１０ｂとを備える。シリンダブロック１０ａの内部には、ピストン１１が上下移動自在に配置される。また、シリンダブロック１０ａの下部には図示しないクランクケースが設けられ、クランクケースの内部にはクランクシャフト１２が回転自在に支持される。クランクシャフト１２は、上記したピストン１１とコネクティングロッド３０を介して連結される。

クランクシャフト１２には、スタータ１３が接続される。スタータ１３は、スタータモータ１３ａを備え、かかるスタータモータ１３ａの回転力をギヤ（図示せず）を介してクランクシャフト１２へ伝達し、クランクシャフト１２を回転させることで、エンジン１を始動させる。なお、スタータ１３は、エンジン１が完全に停止している場合に作動してエンジン１を始動させるが、これについては後述する。

シリンダヘッド１０ｂは、シリンダブロック１０ａの上部に締結固定される。そして、シリンダブロック１０ａの内壁面とシリンダヘッド１０ｂの下面とピストン１１の上面（頂面）との間に、燃焼室３１が形成される。

シリンダヘッド１０ｂにおいて燃焼室３１を臨む位置には、吸気ポート１０ｂ１および排気ポート１０ｂ２が形成される。吸気ポート１０ｂ１には吸気弁３２が、排気ポート１０ｂ２には排気弁３３がそれぞれ軸方向に沿って移動自在に設けられる。従って、吸気弁３２および排気弁３３は、所定のタイミングで移動することで、吸気ポート１０ｂ１および排気ポート１０ｂ２を開閉し、吸気ポート１０ｂ１と燃焼室３１、排気ポート１０ｂ２と燃焼室３１とをそれぞれ連通することができる。

燃料噴射弁１４および点火プラグ１５は、シリンダヘッド１０ｂにおいて燃焼室３１を臨む位置に取り付けられる。燃料噴射弁１４は、図示しない燃料タンクに接続され、かかる燃料タンクから供給された燃料を燃焼室３１に直接噴射する。なお、燃料噴射弁１４には、図２にて後述する高圧ポンプ１４ｐと接続され、高圧ポンプ１４ｐによって圧縮された燃料を燃焼室３１へ噴射することが可能である。

点火プラグ１５は、燃焼室３１内の燃料を含む混合気を着火させて燃焼させる。なお、燃料としては、例えばガソリンを用いることができるが、これに限られずアルコール燃料などその他の燃料であってもよい。

吸気管１６は、シリンダヘッド１０ｂの吸気ポート１０ｂ１に連結される。また、排気管１７は、排気ポート１０ｂ２に連結される。上記したスロットル装置２０や燃料噴射弁１４、点火プラグ１５等は、制御装置４０により制御され、よってエンジン１において、吸気、圧縮、膨張および排気の各行程からなる燃焼サイクルが行われる。

具体的には、制御装置４０は、燃料噴射弁１４からの燃料の供給を停止させる燃料カットを行ったり、点火プラグ１５による点火を中止させたりしてエンジン１を停止させる。これにより、エンジン１の回転数は徐々に低下していき、やがてゼロとなってエンジン１は完全停止する。

続いて、制御装置４０は、例えば運転者によるブレーキ操作が解除されたり、アクセル操作がなされたりしたことを示す所定の再始動条件が成立した場合、上記したスタータ１３を作動させつつ、燃料の供給や点火を再開してエンジン１を再始動させる。このようなアイドリングストップ制御により、燃料の消費量や排気ガスの排出などを抑制することができる。

ところで、運転者の運転操作によっては、停止条件が成立してからエンジンが完全停止するまでの間に、再始動条件が成立することがある。例えば、エンジン１が完全停止する前、すなわちエンジン１の低回転時に、ブレーキ操作の解除等がなされて再始動条件が成立する場合がある。

上記したスタータ１３にあっては、エンジン１が回転していると、スタータモータ１３ａ側のギヤがクランクシャフト１２側のギヤに弾かれてしまうため、クランクシャフト１２に接続できず、エンジン１を再始動させることは難しい。また、この場合に、上記の双方のギヤが摩耗し、双方のギヤの消耗を早めるおそれがある。

そのため、本実施形態に係る制御装置４０は、エンジン１が完全停止する前の極低回転時に再始動条件が成立した場合、例えば膨張工程にある気筒１０に対して、燃料の供給および点火を再開することで、スタータ１３を用いずに、エンジン１を始動させるスタータレス始動を行う（ステップＳ１）。

その後、制御装置４０は、スタータレス始動を失敗した場合に、エンジン１の負荷制御を行う（ステップＳ２）。具体的には、制御装置４０は、ステップＳ２において、エアコンやオルタネータを強制的に駆動させることで、エンジン１の負荷を大きくすることができる。

これにより、エンジン１をより早く停止させることが可能となる。その後、制御装置４０は、エンジン１が停止した後に、スタータ１３を用いたスタータ始動によって（ステップＳ３）、エンジン１を再始動させる。

このように、制御装置４０は、スタータレス始動に失敗した場合に、エンジン１を素早く停止させることで、スタータ始動をより早く行うことが可能となる。

また、スタータ始動においては、エンジン１の停止後に行うため、スタータ１３の部品の摩耗を抑えることが可能となる。したがって、実施形態に係る制御方法によれば、スタータ部品保護を図りつつ、内燃機関をより早く始動させることができる。

次に、図２を用いて制御装置４０の構成例について説明する。図２は、制御装置４０のブロック図である。なお、図２では、制御装置４０が行うアイドルストップ制御の説明に必要な構成要素のみを示しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。

図２に示すように、制御装置４０には、センサ群７０が接続される。センサ群７０は、制御装置４０を備えた車両に搭載され、アイドリングストップ制御に必要な情報を検出する各種のセンサを含む。

例えば、センサ群７０は、車速を検出する車速センサ、ブレーキ操作量を検出するブレーキセンサ、アクセル操作量を検出するアクセルセンサ、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサや気筒判別に用いられるクランク角度を検出するクランク角センサ、シフトレバーのポジションを検出するシフトポジションセンサなどが含まれる。

センサ群７０は、各種のセンサで得られた車速やブレーキ操作量などを示す信号を制御装置４０へ出力する。なお、センサ群７０は、上記した各種のセンサの全てを含むことを要さず、一部であってもよい。また、上記したセンサの種類は、あくまでも例示であって限定されるものではなく、例えばハンドルの操舵角を検出する操舵角センサや車両の加速度を検出する加速度センサなど、その他の種類のセンサを含んでいてもよい。

制御装置４０は、制御部５０と、記憶部６０とを備える。制御部５０は、受付部５１と、始動制御部とを備える。なお、制御装置４０は、例えばＣＰＵなどを備えたマイクロコンピュータである。

また、記憶部６０は、不揮発性メモリやハードディスクドライブといった記憶デバイスで構成される記憶媒体であり、停止条件情報６１と、再始動条件情報６２とを記憶する。

停止条件情報６１は、エンジン１を停止させてアイドルストップ制御を開始する条件を示す情報が含まれる。停止条件情報６１としては、例えば、車速がゼロで車両が停止している、エンジン回転数がアイドル回転数である、ブレーキ操作がなされている、アクセル操作がなされていないなど種々の条件が含まれる。

再始動条件情報６２には、所定の再始動条件を示す情報、詳しくは、停止または停止過程にあるエンジン１を再始動させてアイドリングストップ制御を終了する条件を示す情報が含まれる。再始動条件情報６２には、例えば、ブレーキ操作が解除される、アクセル操作がなされる、シフトレバーがＰ（Parking）レンジまたはＮ（Neutral）レンジからＤ（Drive）レンジやＲ（Reverse）レンジへ切り替えられるなど種々の条件が含まれる。

受付部５１は、エンジン１の始動要求を受け付ける。具体的には、受付部５１は、例えば、アクセルペダルが踏み込まれた場合に、エンジン１の始動要求をアクセルポジションセンサから受け付けることができる。また、受付部５１は、バッテリ残量が低下した場合、エンジン始動要求をバッテリＥＣＵから受け付けることもできる。

本実施形態において、受付部５１は、エンジン１のアイドルストップ中における、ブレーキ操作の解除に伴い、始動要求を受け付けること可能である。受付部５１は、始動要求を受け付けると、始動要求を始動制御部５２へ通知する。

また、受付部５１は、センサ群７０から入力される信号を受け付け、受け付けた信号が停止条件情報６１を満たすか否かを判定することも可能である。具体的には、受付部５１は、センサ群７０から入力される信号が、車速がゼロで車両が停止している、エンジン回転数がアイドル回転数である、ブレーキ操作がなされている、アクセル操作がなされていないなど種々の条件を満たすか否かを判定する。

そして、受付部５１は、上記の条件を満たすと判定した場合、アイドルストップを指示する指示信号を始動制御部５２へ通知する。

始動制御部５２は、エンジン１の停止動作中に、受付部５１によって始動要求が受け付けられた場合に、エンジン１へ燃料を噴出させて再始動させるスタータレス始動を行う。

また、始動制御部５２は、スタータレス始動でエンジン１が再始動しない場合に、スタータレス始動を中断し、エンジン１への負荷を大きくしてエンジン１をいち早く停止させたのちに、スタータモータを駆動させてエンジン１の再始動を行う。

まず、始動制御部５２は、受付部５１からアイドルストップを指示する指示信号が入力された場合に、エンジン１を停止させる。具体的には、燃料噴射弁１４を閉じることで、エンジン１の各気筒１０への燃料供給を停止させることで、エンジン１を停止させることができる。

なお、この際、始動制御部５２は、エアコンや、オルタネータなどのエンジン１の負荷を停止させることも可能である。これにより、エンジン１を比較的ゆっくり停止させることで、スタータレス始動の機会を増やすことが可能となる。

また、この際、始動制御部５２は、高圧ポンプ１４ｐを駆動させたままにしておく。これにより、スタータレス始動を行う際に、高圧ポンプ１４ｐによって圧縮された燃料を各気筒１０へ噴射することが可能となる。言い換えれば、高圧ポンプ１４ｐを駆動させておくことで、スタータレス始動を効率よく行うことが可能となる。

続いて、始動制御部５２のエンジン１を始動する場合の処理について説明する。上述のように、始動制御部５２は、スタータレス始動と、スタータ始動とによってエンジン１を始動させることができる。

具体的には、始動制御部５２は、エンジン１が停止している場合に、エンジン１の停止動作中においては、スタータレス始動によってエンジン１の再始動を行うとともに、エンジン１の停止中においては、スタータ始動を行う。

これにより、スタータ１３の摩耗を抑制することができる。さらに、始動制御部５２は、スタータレス始動でエンジン１が再始動しない場合には、エンジンをいち早く停止させ、スタータ始動へ切り替える。これにより、仮に、スタータレス始動に失敗した場合であっても、エンジン１をいち早く始動させることが可能となる。

まず、スタータレス始動を行う場合における始動制御部５２の処理について説明する。始動制御部５２は、スタータレス始動においては、燃料噴射弁１４、点火プラグ１５およびスロットルモータ２２をそれぞれ制御することで、エンジン１を始動させる。

具体的には、始動制御部５２は、気筒１０の膨張行程において、燃料噴射弁１４を開弁させるとともに、スロットルモータ２２を制御することで、スロットルバルブを開弁させる。

そして、始動制御部５２は、かかる膨張行程において、点火プラグ１５から点火させる。これにより、エンジン１を効率よく始動させることができる。なお、始動制御部５２は、クランク角センサのクランク角信号に基づき、各気筒１０の膨張行程を認識することが可能である。

一方で、始動制御部５２は、スタータレス始動後に、エンジン１の回転数が上昇しない場合、スタータ始動へ切り替える。これにより、エンジン１を確実に始動することができる。

ここで、図３を用いて、始動制御部５２による一連の処理について説明する。図３は、始動制御部５２による処理を示す図である。なお、図３の縦軸は、エンジン１の回転数を示し、横軸は時間経過を示すものとする。

図３に示す時刻ｔ１において、アイドルストップ条件が成立したとすると、始動制御部５２は、エンジン１への燃料供給を停止することで、時刻ｔ１以降は、徐々にエンジン１の回転数を低下させることができる。

その後、時刻ｔ２において、始動要求を受け付けた場合、始動制御部５２は、時刻ｔ１２において、スタータレス始動を行う。このとき、時刻ｔ２以降に実線で示すように、エンジン１の回転数が上昇した場合、スタータレス始動は成功となる。

一方、スタータレス始動において、エンジン１の回転数が上昇しなかった場合、時刻ｔ２から時刻ｔ３に破線で示すように、エンジン１をより早く停止させる。

具体的には、始動制御部５２は、エアコンや、オルタネータなどのエンジン１の駆動に伴い動作する機器を強制的に駆動させることで、エンジン１をいち早く停止させることが可能である。

その後、始動制御部５２は、エンジン１の回転数が「０」となった時刻ｔ３において、スタータ１３を駆動させることで、スタータ始動を行う。これにより、時刻ｔ３においては、エンジン１を確実に始動させることが可能となる。

このように、始動制御部５２は、スタータレス始動に失敗した場合、エンジン１への負荷を増大させることで、エンジン１を速やかに停止させる。そして、始動制御部５２は、エンジン１が停止した後に、スタータ始動を行うことで、エンジン１を速やかに始動させることが可能となる。

次に、図４を用いて実施形態に係る制御装置４０が実行する処理手順について説明する。図４は、制御装置４０が実行する処理手順を示すフローチャートである。

図４に示すように、まず、制御装置４０は、エンジン１に対する始動要求を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ１０１）。制御装置４０は、始動要求を受け付けた場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、エンジン１の停止動作中か否かを判定する（ステップＳ１０２）。

制御装置４０は、ステップＳ１０２の処理において、エンジン１が停止動作中である場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、膨張行程において燃料を噴射および点火させるスタータレス始動を行う（ステップＳ１０３）。

続いて、制御装置４０は、スタータレス始動によってエンジン１の回転数が上昇したか否かを判定し（ステップＳ１０４）、エンジン１の回転数が上昇しなかった場合（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、エアコンやオルタネータなどの機器に対して、エンジンの負荷の増大を指示する（ステップＳ１０５）。

その後、制御装置４０は、エンジン１が停止済みか否かを判定し（ステップＳ１０６）、エンジン１が停止済みである場合（ステップＳ１０６，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５にて増大させた負荷の解除を指示する（ステップＳ１０７）。

そして、制御装置４０は、スタータ始動を行って（ステップＳ１０８）、処理を終了する。また、制御装置４０は、ステップＳ１０１の処理において、始動要求を受け付けていない場合（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、ステップＳ１０４において、エンジン１の回転数が上昇した場合（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、処理を終了する。

また、制御装置４０は、ステップＳ１０２の処理において、エンジン１が停止動作中でなかった場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）、ステップＳ１０８の処理へ移行し、ステップＳ１０６の処理において、エンジン１が停止済みでない場合（ステップＳ１０６，Ｎｏ）、ステップＳ１０６の処理を継続して行う。

上述したように、実施形態に係る制御装置４０は、受付部５１と、始動制御部５２とを備える。受付部５１は、車両に搭載されエンジン１（内燃機関の一例）への始動要求を受け付ける。始動制御部５２は、エンジン１の停止動作中に、受付部５１によって始動要求が受け付けられた場合、エンジン１へ燃料を噴射させて再始動させるスタータレス始動を行う。

また、始動制御部５２は、スタータレス始動でエンジン１が再始動しない場合、エンジンの負荷を大きくしてエンジン１を停止させた後に、スタータを駆動させてエンジンを始動させる。したがって、実施形態に係る制御装置４０によれば、スタータ部品保護を図りつつ、内燃機関をより早く始動させることができる。

ところで、上述した実施形態では、内燃機関が車両のエンジン１である場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、上記のスタータレス始動およびスタータ始動の双方を用いて再始動可能な種々の内燃機関に本発明を適用することが可能である。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ エンジン
１０ 気筒
１３ スタータ
１３ａ スタータモータ
１４ 燃料噴射弁
１４ｐ 高圧ポンプ
１５ 点火プラグ
４０ 制御装置
５１ 受付部
５２ 始動制御部

Claims (4)

1. 車両に搭載され内燃機関への始動要求を受け付ける受付部と、
   前記内燃機関の停止動作中に、前記受付部によって前記始動要求が受け付けられた場合、前記内燃機関へ燃料を噴射させて再始動させるスタータレス始動を行う始動制御部と
   を備え、
   前記始動制御部は、
   前記スタータレス始動で前記内燃機関が再始動しない場合に、前記内燃機関の負荷を大きくして前記内燃機関を停止した後に、スタータを駆動させて前記内燃機関を始動させること
   を特徴とする制御装置。
2. 前記始動制御部は、
   前記内燃機関の膨張工程において、燃料を噴出させるとともに点火することで、前記スタータレス始動を行い、前記スタータレス始動後に、内燃機関の回転数が上昇しない場合に、前記再始動しないと判定すること
   を特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記始動制御部は、
   前記内燃機関の停止動作中に、前記受付部によって前記始動要求が受け付けられた場合に、前記燃料を圧縮して前記内燃機関へ噴出させる高圧ポンプを駆動させること
   を特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
4. 車両に搭載され内燃機関への始動要求を受け付ける受付工程と、
   前記内燃機関の停止動作中に、前記受付工程によって前記始動要求が受け付けられた場合、前記内燃機関へ燃料を噴射させて再始動させるスタータレス始動を行う始動制御工程と
   を含み、
   前記始動制御工程は、
   前記スタータレス始動で前記内燃機関が再始動しない場合に、前記内燃機関の負荷を大きくして前記内燃機関を停止した後に、スタータを駆動させて前記内燃機関を始動させること
   を特徴とする制御方法。

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