JP3780959B2 - エンジン自動停止・自動再始動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン自動停止・自動再始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の燃費や排気エミッションの改善を図るために、エンジン自動停止・自動再始動装置を備えた車両が従来より知られている。
【０００３】
このエンジン自動停止・自動再始動装置は、前進方向の駆動力が駆動輪に伝達可能な状態で車両が一時的に停止する場合、すなわち自動変速機のセレクトレバーがＤレンジの状態で、信号待ちなどにより車両が一時的に停止する場合に、エンジンが自動停止する。そして、車両が再び発進する際には、エンジンを自動的に再始動する。
【０００４】
ところで、エンジンを自動再始動する際には、エンジン自動停止からエンジン自動再始動までの間に、エンジンの吸気通路内の負圧が小さく（大気圧に近く）なっている。この状態でエンジンの燃焼を開始すると、燃焼圧力が大きいためエンジン回転が吹けあがり、エンジン回転数が急激に上昇するいわゆるオーバーシュートによって、駆動トルクが急激に上昇し、車両乗員に不快なショックを与えることがある。
【０００５】
このような問題に対して、特開２０００−２０５００３号公報には、エンジンと同期回転するモータジェネレータ（電動機）によって、エンジンを所定のエンジン回転数までモータリングさせた後、もしくはエンジンを上記モータジェネレータによって所定時間モータリングさせた後に、エンジンの燃焼を開始すると共に、上記モータジェネレータを回転数制御し、エンジン回転数が所定の目標回転数を越えた場合には、モータジェネレータを力行運転から回生運転に切り換えることによって、エンジン回転数のオーバーシュートを抑制し、駆動力の急激な立ち上がりにより発生するショックを軽減する技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術においては、エンジンを燃焼させる際に、車両に作用しているブレーキ制動力の大きさを考慮していないため、エンジンの燃焼を開始する際にブレーキ制動力が残っている場合、エンジンの燃焼によって急上昇したエンジントルクがモータジェネレータの回生運動によって吸収しきれなかった場合には、エンジントルクによる駆動力がブレーキによって押さえ込まれ、この駆動力の反力をエンジンや自動変速機のマウントが受け、車体に伝達することによって運転者にショックを伝えてしまうという問題がある。
【０００７】
また、モータジェネレータの回転数制御を行うためには、モータジェネレータの力行運転と回生運転の切換制御を高精度に行う必要があり、そのためにスイッチング素子や高速演算可能なモータコントローラ及びインバータ等のドライバが必要となり、これらドライバによるコスト上昇、重量増加、車両への搭載性悪化という問題が生じている。また、これらドライバの原価低減を図るとモータジェネレータの回転数制御を高精度に行うことができず、エンジン回転数のオーバーシュートの抑制が出来なくなるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明に係るエンジンの自動停止・自動再始動装置は、電動機及びインバータ等の低廉化によって問題となるエンジン自動再始動時のショックに対し、エンジンの燃焼開始条件にブレーキ制動力を考慮することにより、このショックの低減を可能にすることを目的としたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１に記載の発明は、エンジンと同期回転する電動機と、トルクコンバータを備えた自動変速機とが搭載された車両に適用され、エンジンからの駆動トルクが車両の駆動輪に伝達可能な状態で、車両の運転条件に応じてエンジンの自動停止・自動再始動を行うエンジン自動停止・自動再始動装置において、上記エンジン自動停止・自動再始動装置は、車両のブレーキ制動力を検知するブレーキ制動力検知手段を有し、エンジンが自動停止した車両停車中にブレーキ制動力が所定の第１判定値以下になると上記電動機によってエンジンを回転させ、ブレーキ制動力が上記第１判定値よりも小さい所定の第２判定値以下になるとエンジンの燃焼を開始させることを特徴としている。エンジンの燃焼開始時には、エンジンは電動機によって既に起動している状態（モータリング）となっているので、吸気負圧が発達して吸入空気量が減少し、燃焼圧力は低くなっている。また、エンジンの燃焼開始時期をブレーキ制動力から決定することによって、電動機を回転数制御する必要がない。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記ブレーキ制動力検知手段は、ブレーキ制動力として、ブレーキ液圧またはブレーキペダルの踏み込み量を測定していることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、ブレーキ制動力の第２判定値は、エンジンの燃焼開始に伴って発生するエンジン回転数のオーバーシュートに起因するオーバーシュートトルクが車両の駆動輪に伝達されたときに、上記オーバーシュートトルクが上記駆動輪のわずかな回転を許容する程度となるように設定されていることを特徴としている。これによって、オーバーシュートトルクによって駆動輪が僅かに回転することになり、エンジンや自動変速機等のマウントが受けるオーバーシュートトルクの反力が減少する。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、ブレーキ制動力が第１判定値以下となってから所定時間経過すると、ブレーキ制動力が第２判定値以下になっていなくともエンジンの燃焼を開始させることを特徴としている。これによって、例えば、ブレーキ制動力が第１判定値と第２判定値との間の値に長時間保持されたような場合にも、所定時間が経過したらエンジンの燃焼が開始されるため、電動機の作動時間が過大になることを防止できる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、エンジンの燃焼開始時期をブレーキ制動力から決定することによって、エンジンの燃焼開始に伴って発生するエンジン回転数のオーバーシュートに起因するオーバーシュートトルクが、車両の駆動輪に伝達されても、ブレーキ制動力が小さければ、駆動輪がわずかに回転することによって吸収されることになる。すなわち、電動機を回転数制御することによってエンジン回転数のオーバーシュートに起因するオーバーシュートトルクを抑制する必要がない。
【００１４】
従って、回転数制御をしない電動機を用いても、エンジン回転数のオーバーシュートに起因して運転者が感じるショックを抑制することが可能となり、スイッチング素子、モータコントローラ及びインバータ等のドライバ及び電動機自身のコスト低減を図ることができる。
【００１５】
また、請求項４の発明によれば、電動機の作動時間が過大になることを防止でき、電動機の消費電力を節約することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１に示すように、エンジン１の後端には、自動変速機２が接続されている。この自動変速機２は、エンジン１側のトルクコンバータ３と、トルクコンバータ３を介してエンジン１に接続されたＣＶＴ（連続無段可変変速機）４とからなり、ＣＶＴ４の出力側は、一般の自動車と同様に、図示せぬ終減速装置を介して駆動輪（図示せず）に接続されている。尚、ＣＶＴ４の代わりに有段自動変速機を用いてもよい。
【００１８】
エンジン１の前端には、クランクシャフト５と一体に回転するクランクプーリ６が配設されている。そして、このクランクプーリ６と、電動機としてのＡＣモータジェネレータ７（以下、ＡＣモータと記す）の出力軸７ａに取り付けられたモータプーリ８とには、ベルト９が巻き掛けられている。すなわち、ＡＣモータ７とクランクシャフト５とは同期回転するよう構成されている。
【００１９】
ＡＣモータ７は、トータルコントロールユニット１０からの指令を受けたモータコントローラ１１により、起動及び停止並びに、力行運転、回生運転の切り換えが制御されている。すなわち、エンジン始動時等のＡＣモータ７の力行運転時には、ＡＣモータ７にインバータ１２を介してバッテリ１３からの電力を供給し、エンジン１の回転を受けたＡＣモータ７の回生運転時には、ＡＣモータ７の発電及びＡＣモータ７で発電されて電力のバッテリ１３への充電を制御する。
【００２０】
トータルコントロールユニット１０は、エンジンコントロールモジュール１４と伴にエンジン１の運転制御を行うものであって、バッテリ１３の充電量を検知するバッテリコントローラ１５からの信号が入力されている。さらに、トータルコントロールユニット１０には、ＣＶＴ４の油温を検出する油温センサ１６、ＣＶＴ４の油圧を検出する油圧センサ１７、エンジン１の冷却水温を検出する水温センサ１８、アクセルペダルのオン−オフを検知するアクセルセンサ２０、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ２１、車両速度を検出する車速センサ２２、自動変速機２のセレクト位置を検出するセレクト位置センサ２３、車両のドアやボンネット等の開閉装置の開閉状態を検出する開閉センサ２４、ブレーキペダルの操作をアシストするブレーキ負圧ブースターの負圧を検出するブレーキ負圧ブースターセンサ２５、ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキ制動力検知手段としてのブレーキペダルセンサ２６及びブレーキ液圧を検出するブレーキ制動力検知手段としてのブレーキ液圧センサ２７、からの信号が入力されている。
【００２１】
尚、ブレーキ制動力は、ブレーキ液圧、ブレーキペダル踏み込み量に比例するものであり、ブレーキ液圧、ブレーキペダル踏み込み量を検出することによって推定できる。また、開閉センサ２４は、ドアやボンネット等の車両の全ての開閉装置の開閉状態を検知するものである。
【００２２】
トータルコントロールユニット１０は、暖機運転終了後に車両を一時停止する場合に、エンジン自動停止要求（詳しく後述する）があったと判定すると、エンジン１の燃料噴射を停止してエンジン１を停止させる（エンジン自動停止）。また、トータルコントロールユニット１０は、エンジン自動再始動要求（詳しくは後述）があったと判定すると、エンジン自動再始動を行う。
【００２３】
ここで、トータルコントロールユニットで実行される制御内容について、図２のフローチャートにしたがって説明する。
【００２４】
まず、ステップ１でエンジン１がアイドルストップ中、すなわち自動停止した状態であるか確認し、エンジン１が自動停止中であればステップ２へと進み、エンジン１が自動停止中でなければステップ１３へと進む。
【００２５】
ステップ２では、ＡＣモータ７の起動要求の有無を判定する。すなわち、自動変速機２のセレクトレバーがＤレンジにあり、ブレーキペダルが運転者によって踏み込まれ、車速が０（ｋｍ／ｈ）、かつドア及びボンネット等の開閉装置が全て閉の状態でのエンジン自動停止中に、アクセルＯＮ、ブレーキＯＦＦ、バッテリ１３の充電量が所定値以下（バッテリＳＯＣ低下）、ブレーキ負圧ブースターの負圧が所定値以下、エンジン水温が所定値以下、ＣＶＴ４の油温が所定値以下、ＣＶＴ４の油圧が所定値以下、のいずれかが検知されると、ＡＣモータ７の起動要求有りとトータルコントロールユニット１０が判定する。尚、アクセルＯＮは、アクセルペダルの踏み込み量が所定値以上となった場合に検知する。ブレーキＯＦＦは、ブレーキペダルの踏み込み量が所定のペダル踏み込み量第１判定値以下となった場合、もしくはブレーキ液圧が所定のブレーキ液圧第１判定値以下となって場合に検知する。
【００２６】
そして、ステップ２でＡＣモータ７の起動要求が有りと判定されるとステップ３に進み、直ちにＡＣモータ７を起動させ、ＡＣモータ７の力行運転によりエンジン１のモータリングを開始する。
【００２７】
ステップ４では、ＡＣモータ７の起動要求がブレーキＯＦＦによってなされたものかを判定する。ブレーキＯＦＦによってＡＣモータ７の起動要求がなされた場合には、ステップ５に進み、ブレーキＯＦＦ以外の場合にはステップ８に進む。
【００２８】
ステップ５では、モータリング開始後、すなわちＡＣモータ７起動後、から所定の一定時間（例えば１〜２秒）が経過しているかどうかを判定する。所定の一定時間が経過していない場合には、ステップ６に進み、ブレーキＯＦＦによってブレーキ制動力が所定の着火許可しきい値以下になったかを判定する。詳述すれば、ブレーキペダルの踏み込み量がペダル踏み込み量第１判定値よりも小さい所定のペダル踏み込み量第２判定値（着火許可しきい値）以下、もしくはブレーキ液圧がブレーキ液圧第１判定値よりも小さい所定のブレーキ液圧第２判定値（着火許可しきい値）以下となっていれば、ステップ７に進み、エンジン１の燃焼を開始する。
【００２９】
また、ステップ５にて、モータリング開始後、所定の一定時間が経過していれば、ブレーキペダルの踏み込み量がペダル踏み込み量第２判定値（着火許可しきい値）以下、もしくはブレーキ液圧がブレーキ液圧第２判定値（着火許可しきい値）以下になっていなくても、ステップ７に進みエンジン１の燃焼を開始する。
【００３０】
ステップ４からステップ８に進んだ場合には、モータリング（ステップ８）を継続し、このモータリング中に、ブレーキＯＦＦが検知されると（ステップ９）、ステップ５に進む。また、ステップ８にてモータリング開始してからブレーキＯＦＦが検知されずに所定の一定時間（１〜２秒）が経過すると（ステップ１０）、ステップ７に進みエンジン１の燃焼を開始する。
【００３１】
エンジン１の燃焼を開始すると、ステップ１１にてエンジン回転数が所定の目標回転数に到達したかを判定する。尚、この目標回転数は、具体的には、エンジン１のアイドル回転数である。
【００３２】
ステップ１１では、エンジン回転数のオーバーシュートを考慮し、エンジン回転数が一定時間連続して目標回転数（アイドル回転数）を保った場合に、エンジン回転数が目標回転数に到達したと判定する。ステップ１１でエンジン回転数が目標回転数に到達したと判定されると、ステップ１２に進み、ＡＣモータ７を停止する。
【００３３】
ステップ１３では、エンジン１の自動停止要求の有無を判定する。すなわち、自動変速機２のセレクトレバーがＤレンジにあり、ブレーキペダルが運転者によって踏み込まれ、車速が０（ｋｍ／ｈ）、かつドア及びボンネット等の開閉装置が全て閉の状態でエンジン１が燃焼している場合に、アクセルＯＦＦ、ブレーキＯＮ、バッテリ１３の充電量（バッテリＳＯＣ）が所定値以上、ブレーキ負圧ブースターの負圧が所定値以上、エンジン水温が所定値以上、ＣＶＴ４の油温が所定値以上、ＣＶＴ４の油圧が所定値以上、であれば、エンジン自動停止要求有りとトータルコントロールユニット１０が判定し、ステップ１４でエンジン１を停止する。
【００３４】
このように、ステップ１からステップ１２までがエンジン自動再始動に関する制御であり、ステップ１３、ステップ１４がエンジン自動停止に関する制御である。
【００３５】
尚、アクセルＯＦＦは、アクセルペダルの踏み込み量が所定値以下となった場合に検知する。ブレーキＯＮは、ブレーキペダルの踏み込み量が所定値以上となった場合、もしくはブレーキ液圧が所定値以上となって場合に検知する。また、ＡＣモータ７の起動要求並びにエンジン自動停止要求に、ブレーキ負圧ブースターの負圧、エンジン水温、ＣＶＴ４の油温及び油圧、及びバッテリ１３の充電量（バッテリＳＯＣ）の条件が入っているのは、これらのパラメータの影響により、エンジン自動再始動時の始動時間がばらついてしまうのを防止するためである。
【００３６】
図３は、エンジン自動再始動時のタイミングチャートを示している。この図３においては、ブレーキＯＦＦの条件として、ブレーキ液圧を例に挙げている。
【００３７】
ブレーキ制動力に対応するブレーキ液圧が所定のブレーキ液圧第１判定値以下になると、ＡＣモータ７は力行運転を開始する。ブレーキ液圧がブレーキ液圧第１判定値よりも小さい所定のブレーキ液圧第２判定値（着火許可しきい値）以下となると、エンジン１の燃焼を開始する。ブレーキ液圧第２判定値（着火許可しきい値）は、エンジン１の燃焼開始に伴って発生するエンジン回転数のオーバーシュートに起因するオーバーシュートトルクが車両の駆動輪に伝達されたときに、オーバーシュートトルクが駆動輪のわずかな回転を許容する程度となるように設定されている。
【００３８】
エンジン１の燃焼開始後、エンジン回転数がアイドル回転数等の所定の目標回転数に達すると、ＡＣモータ７の運転は回生運転に切替えられる。尚、ＡＣモータ７は、エンジン回転数が目標回転数で安定してから一定時間経過すると、運転を停止する。
【００３９】
運転者の再発進の意図は、ブレーキペダルの踏み込み量もしくはブレーキ液圧の変化といった踏み込んだブレーキペダルを緩める動作によって検知され、それをトリガーとしてＡＣモータ７を力行運転し、その後にエンジン１の燃焼を開始し、エンジン１を瞬時に自動再始動させる。
【００４０】
トルクコンバータを備えた車両の場合、Ｄレンジからエンジンの燃焼を開始すると、エンジン回転数に応じた駆動力が駆動輪に伝達されるため、エンジン回転数がオーバーシュートすると、急激に駆動輪に駆動力が作用する。
【００４１】
ブレーキ制動力が残った状態で駆動力が駆動輪に伝達されると、駆動力の反力をエンジン１や自動変速機２のマウントが受け、車体に伝達してしまうため、図３中に破線で示すように、運転者の感じるショックは許容範囲以上のものとなり、運転者に違和感を与えてしまう。
【００４２】
車輪がブレーキ等で固定されていない状態であれば、駆動力は車両を動かす力として用いられるためエネルギーは消費され、エンジンやＣＶＴ（自動変速機）のマウントから車体に伝達される駆動力の反力は減少し、運転者が感じるショックを緩和することができる。すなわち、車両はわずかに動くことになるが、もともと運転者が発進の意図を持っているため問題はない。
【００４３】
従って、本発明のように、ブレーキ制動力が小さく、エンジン回転数のオーバーシュート時のショックが緩和できるブレーキ液圧もしくはブレーキペダルの踏み込み量をそれぞれブレーキ液圧第２判定値（着火許可しきい値）、踏み込み量第２判定値（着火許可しきい値）とし、エンジン１の燃焼開始を許可すれば、エンジン１の自動再始動時に運転者が受けるショックを緩和することができる。
【００４４】
また、ＡＣモータ７を回転数制御することなくエンジン１の自動再始動時に運転者が受けるショックを緩和することができるので、ＡＣモータ７の制御電流をスカラー制御化してインバータ１２やモータコントローラ１１を簡略化することが可能となり、スイッチング素子、モータコントローラ１１及びインバータ１２等のドライバ及びＡＣモータ７自身のコスト低減を図ることができる。
【００４５】
また、ブレーキ制動力が第１判定値から第２判定値に達するまでの時間間隔、すなわち、ブレーキ液圧がブレーキ液圧第１判定値からブレーキ液圧第２判定値に達するまでの時間間隔、もしくはブレーキペダル踏み込み量が踏み込み量第１判定値から踏み込み量第２判定値に達するまでの時間間隔、が１〜２秒程度の一定時間を経過した場合（ゆっくりとブレーキペダルを緩める場合）、ＡＣモータ７の起動により吸気負圧が発達し、エンジン燃焼を行っても吸入空気量が減少しているため、燃焼圧力は低く、オーバーシュートは発生せず、ショックも発生することはない。
【００４６】
従って、ブレーキ制動力の第１判定値と第２判定値（着火許可しきい値）との時間間隔が一定時間以上となる場合は、ブレーキ制動力が第１判定値以下になってから、例えば２秒後にエンジン燃焼を開始すれば、ショックを防止しつつ、モータリングを長時間続けることによる電力消費を削減し、燃費の悪化を防止することができる。
【００４７】
尚、上述した第１実施例においては、ブレーキ制動力として、ブレーキ液圧とブレーキペダルの踏み込み量の双方を検知しているが、いずれか一方のみをトータルコントロールユニット１０にて検知するようにしてもよい。
【００４８】
次に、本発明の第２実施例について説明する。尚、上述した第１実施例と同一構成の部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４９】
この第２実施例は、電動機としてＤＣモータ３０を用いており、ＤＣモータ３０は、クラッチ３１を介してモータプーリ８に接続されている。クラッチ３１は、ＤＣモータ３０の起動と同時に、ＤＣモータ３０とモータプーリ８とを接続し、ＤＣモータ３０の停止と同時にＤＣモータ３０とモータプーリ８とを切り離すようトータルコントロールユニット１０によって制御されている。
【００５０】
クラッチ３１の断続制御は、ＤＣモータ３０の起動・停止と同時に行われており、ＤＣモータ３０の回転中のみＤＣモータ３０がエンジン１と同期回転するよう制御されている。
【００５１】
ＤＣモータ３０の起動制御はコントロールユニット１０によって行われ、その起動のタイミングは上述した第１実施例と同じである。すなわち、エンジン１の自動停止中に、ブレーキ液圧が所定のブレーキ液圧第１判定値以下、もしくはブレーキペダル踏み込み量が所定の踏み込み量第１判定値以下になると、ＤＣモータ３０を起動し、エンジン燃焼後、エンジン回転数が目標回転数に達するとＤＣモータ３０を停止する。
【００５２】
このように電動機としてＤＣモータ３０を用いても、ブレーキ制動力が第１判定値以下になった時にＤＣモータ３０を起動し、ブレーキ制動力が所定の第２判定値以下また、ブレーキ制動力が第１判定値以下になってから所定時間経過した時に、エンジン１の燃焼を開始すれば、上述した第１実施例と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエンジンの自動停止・自動再始動装置のシステム構成を示す説明図。
【図２】本発明に係るエンジンの自動停止・自動再始動装置の制御内容を示すフローチャート。
【図３】本発明に係るエンジンの自動停止・自動再始動装置におけるエンジンの自動再始動時のタイミングチャート。
【図４】本発明に係るエンジンの自動停止・自動再始動装置の他の実施形態のシステム構成を示す説明図。
【符号の説明】
１…エンジン
２…自動変速機
３…トルクコンバータ
４…ＣＶＴ（連続無段可変変速機）
７…ＡＣモータ
１０…トータルコントロールユニット
１１…モータコントローラ
１２…インバータ
１３…バッテリ

Claims (4)

1. エンジンと同期回転する電動機と、トルクコンバータを備えた自動変速機とが搭載された車両に適用され、エンジンからの駆動トルクが車両の駆動輪に伝達可能な状態で、車両の運転条件に応じてエンジンの自動停止・自動再始動を行うエンジン自動停止・自動再始動装置において、
   上記エンジン自動停止・自動再始動装置は、車両のブレーキ制動力を検知するブレーキ制動力検知手段を有し、エンジンが自動停止した車両停車中にブレーキ制動力が所定の第１判定値以下になると上記電動機によってエンジンを回転させ、ブレーキ制動力が上記第１判定値よりも小さい所定の第２判定値以下になるとエンジンの燃焼を開始させることを特徴とするエンジン自動停止・自動再始動装置。
2. 上記ブレーキ制動力検知手段は、ブレーキ制動力として、ブレーキ液圧またはブレーキペダルの踏み込み量を測定していることを特徴とする請求項１に記載のエンジン自動停止・自動再始動装置。
3. ブレーキ制動力の第２判定値は、エンジンの燃焼開始に伴って発生するエンジン回転数のオーバーシュートに起因するオーバーシュートトルクが車両の駆動輪に伝達されたときに、上記オーバーシュートトルクが上記駆動輪のわずかな回転を許容する程度となるように設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン自動停止・自動再始動装置。
4. ブレーキ制動力が第１判定値以下となってから所定時間経過すると、ブレーキ制動力が第２判定値以下になっていなくともエンジンの燃焼を開始させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエンジン自動停止・自動再始動装置。

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