JP2020105948A

JP2020105948A - 車両の制御装置

Info

Publication number: JP2020105948A
Application number: JP2018243877A
Authority: JP
Inventors: 無限太古; Mugen Tako
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2020-07-09
Anticipated expiration: 2038-12-27
Also published as: JP7237419B2

Abstract

【課題】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】内燃機関が出力するエンジントルクを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、閾値よりも短い場合と比較して、内燃機関の再始動の際に電動機により内燃機関の出力軸を回転駆動するクランキングを開始してから燃料噴射を開始するまでの期間を延長する制御装置を構成した。【選択図】図３

Description

本発明は、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可能な車両の制御装置に関する。

手動変速機が搭載されたＭＴ（ＭａｎｕａｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）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、安全のために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。加えて、閉弁しているインジェクタから僅かに燃料が漏出する油密漏れが蓄積したり、吸気ポートの壁面や吸気バルブの弁体、気筒の燃焼室の壁面に付着した液状燃料が気化したりすることで、内燃機関の再始動の際に気筒に充填される混合気の空燃比が過リッチ化する。そのような状況の下で、平常のアイドルストップからの復帰と同様に再始動を遂行しようとしても、混合気の燃焼が不安定となってエンジン回転が適切に加速せず、始動が遅延しまたは始動不良に陥るおそれがある。

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、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、閾値よりも短い場合と比較して、内燃機関の再始動の際に電動機により内燃機関の出力軸を回転駆動するクランキングを開始してから燃料噴射を開始するまでの期間を延長する制御装置を構成した。

本制御装置は、特に、前記変速機が手動変速機である車両に対して適用される。

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。同実施形態の制御装置がプログラムに従い実行する処理の内容を示すタイミング図。

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（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）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（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｏｒｏｌＵｎｉｔ）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は、複数基のＥＣＵまたはコントローラが、ＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものであることがある。

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（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＳｔａｒｔｅｒＧｅｎｅｒａｔｏｒ）。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駆動しながら、インジェクタ１１からの燃料噴射及び点火プラグ１２による火花点火を実行す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の温度即ち冷却水温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。加えて、閉弁しているインジェクタ１１から僅かに燃料が漏出する油密漏れが蓄積したり、吸気ポートの壁面や吸気バルブの弁体、気筒１の燃焼室の壁面に付着した液状燃料が気化したりすることで、内燃機関１００の再始動の際に気筒１に充填される混合気の空燃比が過リッチ化する。そのような状況の下で、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、混合気の燃焼が不安定となってエンジン回転が適切に加速せず、始動が遅延しまたは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の再始動の手順を変更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、経過時間が閾値よりも短い場合と比較して、内燃機関１００の再始動の際に、クランキングを開始してから燃料噴射及び火花点火を開始するまでの期間を延長する。図３中、実線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短い場合における平常の再始動の制御の模様を表しており、鎖線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おける例外的な再始動の制御の模様を表している。時点ｔ₀はクランキングの開始時点、時点ｔ₁は前者の平常の制御における燃料噴射及び火花点火の開始時点、時点ｔ₂は後者の例外的な制御における燃料噴射及び火花点火の開始時点である。

平常の制御では、電動機による内燃機関１００のクランクシャフトの回転駆動を開始した後、各気筒１の現在の行程即ちピストンの現在位置を把握する行程判別を実施し、行程判別が完了したらすぐに燃料噴射及び火花点火の実行を開始する。平常の制御では、内燃機関１００のクランクシャフトが二回転ないし三回転程度回転した時点ｔ₁で、各気筒１に対してインジェクタ１１から燃料が噴射され、各気筒１の点火プラグ１２により燃料に点火がなされるようになる。

翻って、例外的な制御では、行程判別を完了しても、さらにクランクシャフトが一回転ないし二回転程度回転する時点ｔ₂まで、燃料噴射及び火花点火の実行を開始しない。時点ｔ₀から時点ｔ₂までの期間、インジェクタ１１から燃料が噴射されないことにより、燃料成分を殆どまたは全く含まない空気が吸気ポート及び気筒１の燃焼室を流通する。これにより、内燃機関の再始動時に吸気ポート内及び気筒１の燃焼室内に滞留していた、油密漏れ等に起因する燃料を含んだ雰囲気が掃気される。従って、燃料噴射の開始後に気筒１に充填される混合気の空燃比が過剰なリッチとならず、混合気の燃焼が安定して適切にエンジン回転を加速できるようになる。

例外的な制御では、クランキングの開始時点ｔ₀から終了時点ｔ₃までの間におけるスロットルバルブ３２の開度を、平常の制御のそれと比較して拡大し、掃気の効果を高める。スロットルバルブ３２の開度を拡大することで、内燃機関１００のポンピングロスが軽減される上、クランキング中に気筒１に吸入される空気即ち酸素の量がより増加し、それに見合った量の燃料を噴射することから、平常の制御と比較して内燃機関１００の出力するエンジントルクが増強され、エンジン回転の加速度が高まる。結果的に、内燃機関１００の完爆後にエンジン回転数が吹き上がりやすくなる。エンジン回転数の吹き上がりを抑制するため、例外的な制御では、クランキングの終了時点ｔ₃後、拡開していたスロットルバルブ３２の開度を縮小するとともに、点火タイミングを平常の制御よりも遅角する。

アイドルストップ開始から再始動まで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のアイドル回転を停止させる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、閾値よりも短い場合と比較して、内燃機関１００の再始動の際に電動機により内燃機関１００の出力軸を回転駆動するクランキングを開始してから燃料噴射を開始するまでの期間を延長する制御装置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。

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。上記実施形態における車両はＭＴ車であったが、自動変速機が搭載されたＡＴ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）車またはＣＶＴ（ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙＶａｒｉａｂｌｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）車でも、内燃機関のアイドル回転が比較的長時間停止した場合には、ＭＴ車と同様の問題が生起し得る。よって、本発明に係る制御装置を、ＡＴ車やＣＶＴ車の制御に適用することも許容される。

その他、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、特に、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

内燃機関が出力するエンジントルクを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、閾値よりも短い場合と比較して、内燃機関の再始動の際に電動機により内燃機関の出力軸を回転駆動するクランキングを開始してから燃料噴射を開始するまでの期間を延長する制御装置。
前記変速機が手動変速機である請求項１記載の車両の制御装置。