JP4563867B2 - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両に搭載された内燃機関の制御装置に関し、特に内燃機関に接続された電動発電両用の回転電機を制御することにより、内燃機関の運転状態の安定性を向上させた内燃機関制御装置に関するものである。

従来から、車載の内燃機関に接続された電動発電両用の回転電機を用いて、内燃機関の回転速度変動を抑制する制御装置が提案されている。
一般に、従来の内燃機関制御装置は、回転電機の運転状態を電動状態と発電状態との間で切り替えることにより、内燃機関の回転変動を打ち消すように回転電機の発生トルクを制御している（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１に記載の従来装置では、内燃機関の回転変動を抑制する（発生トルクを制御する）ために、内燃機関の状態を電動状態と発電状態とに切り替えて、内燃機関の回転変動と反対方向に脈動するトルクを発生させている。
このとき、回転電機の出力の平均値は、車両の負荷量に相当する出力量を供給するための発電量となる。なお、回転電機には、電力供給装置（たとえば、バッテリ、キャパシタなど）が接続されている。

特許第２６１７９３６号公報

従来の内燃機関制御装置では、回転電機に接続された電力供給装置の充電状態を考慮していないので、電力供給装置の充電状態が満充電の場合には、車両の電力負荷よりも発電量が大きくなると電力供給装置が過充電状態となってしまい、電力供給装置に対して寿命低下などの悪影響を及ぼすという課題があった。

この発明は、回転電機の運転状態を適正に制御することにより、回転電機に接続された電力供給装置に負荷を掛けることなく、内燃機関の回転変動を効果的に抑制した内燃機関制御装置を得ることを目的とする。

この発明による内燃機関制御装置は、車両に搭載された内燃機関の制御装置であって、内燃機関に接続された電動発電両用の回転電機と、回転電機の界磁電流および電機子電流の少なくとも一方を制御する制御回路と、内燃機関および回転電機の各回転速度を検出する回転速度検出手段と、回転電機に接続された電力供給装置と、電力供給装置の電力量を検出する電力量検出手段と、内燃機関の回転変動を抑制する回転変動抑制手段とを備え、回転変動抑制手段は、車両の電力負荷と、電力供給装置の電力量と、回転電機の回転速度とに応じて、回転電機からの発電量および発生トルクを制御するとともに、回転電機の運転状態を、駆動状態と、発電状態と、３相短絡状態とに、切り替え制御するものである。

この発明によれば、内燃機関および回転電機の回転速度と、電力供給装置の電力量（充電量）と、車両の電力負荷とに基づいて回転電機の界磁電流または電機子電流を制御することにより、回転電機の発生トルクを制御して内燃機関の回転変動を抑制し、特に回転変動が大きい内燃機関の低回転時の乗り心地が改善するとともに、車両の燃費を改善することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る内燃機関制御装置を概略的に示すブロック図であり、車両システムに搭載した状態を模式的に示している。
図１において、ガソリンエンジンなどの内燃機関１は、車両に搭載され且つ車両のタイヤ６に接続されている。また、内燃機関１の回転軸には、電動発電両用の回転電機２の回転軸が機械的に連結されている。

また、回転電機２には、３相直流変換を行うインバータ（制御回路）３を介して、バッテリやキャパシタなどで構成される電力供給装置５が接続されている。
回転電機２は、ＥＣＵ（電子制御装置）４の制御下で、インバータ３を介して制御される。

インバータ３は、回転電機２の界磁電流ｉＦを制御するとともに、回転電機２が電動機として動作する場合には、所要量の電機子電流ｉＡを回転電機２に供給して、内燃機関１の出力トルクをアシストさせる。
また、インバータ３は、回転電機２が電動機として動作する場合には、回転電機２からの電機子電流ｉＡに応じた発電量を、電力供給装置５に充電する。

ＥＣＵ４には、車両状況の情報として、内燃機関１の回転速度Ｎｅと、回転電機２の発電量Ｉａと、電力供給装置５の電力量（充電量）Ｃとが入力される。
また、ＥＣＵ４には、回転電機２の回転速度Ｎａも入力される。さらに、後述するように、ＥＣＵ４には、各種センサからの検出情報（車両状況、車外情報）が入力されている。
各種センサには、内燃機関１および回転電機２の各回転速度Ｎｅ、Ｎａを検出する回転速度検出手段と、電力供給装置５の電力量Ｃを検出する電力量検出手段とが含まれる。

たとえば、ＥＣＵ４には、内燃機関１の回転速度Ｎｅと、回転電機２の回転速度Ｎａと、車両の電力負荷と、電力供給装置５の電力量Ｃなどの情報が入力される。
ＥＣＵ４は、各種入力情報に基づいて、内燃機関１に対する制御指令１ｃおよびインバータ３に対する制御指令３ｃを演算して出力し、内燃機関１およびインバータ３を介して回転電機２の運転状態を制御する。

すなわち、ＥＣＵ４は、内燃機関１に対する制御指令１ｃにより、内燃機関１の回転速度Ｎｅを制御するとともに、インバータ３に対する制御指令３ｃにより、回転電機２の界磁電流ｉＦおよび電機子電流ｉＡの少なくとも一方を制御する。
車両のタイヤ６は、内燃機関１の出力トルクを動力源（駆動力）として回転する。

また、ＥＣＵ４は、内燃機関１の回転変動を抑制する回転変動抑制手段を備えており、ＥＣＵ４内の回転変動抑制手段は、車両の電力負荷と、電力供給装置５の電力量Ｃと、回転電機２の回転速度Ｎａとに応じて、回転電機２からの発電量Ｉａおよび発生トルクＴａを制御する。

次に、図２を参照しながら、図１に示したこの発明の実施の形態１による内燃機関１の回転変動抑制動作について説明する。
図２はこの発明の実施の形態１に係るＥＣＵ４による制御動作のアルゴリズムを示すフローチャートである。

図２において、ＥＣＵ４は、まず、各種センサからの車両状況情報や運転者からの指令に応じて、内燃機関１の回転速度指令値Ｎｅ＊を決定する（ステップＳ１）。
また、ＥＣＵ４は、車両の電力負荷に基づいて、回転電機２の発電量指令値Ｉａ＊を決定する（ステップＳ２）。

続いて、内燃機関１に搭載された各種センサ（回転速度検出手段）から内燃機関１の回転速度Ｎｅ（測定値）を読み取り、回転速度指令値Ｎｅ＊との速度偏差ΔＮｅ（＝Ｎｅ＊−Ｎｅ）を回転変動に対応した値として演算し、内燃機関１の回転変動を打ち消すための回転電機２の発生トルク指令値Ｔ＊を決定する（ステップＳ３）。

次に、電力供給装置５の電力量Ｃ（測定値）を読み取り、電力量Ｃと上限閾値Ｃｍａｘおよび下限閾値Ｃｍｉｎとをそれぞれ比較して、電力量Ｃのレベルが３段階のいずれの範囲に該当するかを判定する（ステップＳ４）。

ステップＳ４において、Ｃ＞Ｃｍａｘ（すなわち、電力量Ｃが満充電状態に近い）と判定された場合には、第１の回転変動制御を実行し、車両の電力負荷以上の発電を行わないように回転電機２の発電量Ｉａを制御し（ステップＳ５）、ステップＳ１に戻る。

このとき、電力供給装置５が満充電に近いため、仮に車両の電力負荷よりも発電量Ｃが多くなると、電力供給装置５に過剰分の電力が供給されることになり、過充電状態になってしまう。
したがって、車両の電力負荷以上の発電を禁止するように、回転電機２の発電量を制御する必要がある。

一方、ステップＳ４において、Ｃｍａｘ≧Ｃ≧Ｃｍｉｎ（すなわち、電力量Ｃが満充電以下の定常範囲内）と判定された場合には、第２の回転変動制御を実行し（ステップＳ６）、ステップＳ１に戻る。
この場合、車両の電力負荷に対する回転電機２の発電量Ｉａの変化分は、電力供給装置５により補償（補充または吸収）されるので、内燃機関１の回転変動（速度偏差ΔＮｅ）を抑制する方向に回転電機２の発生トルクＴａを制御することができる。

また、ステップＳ４において、Ｃ＜Ｃｍｉｎ（すなわち、電力量Ｃが極めて少ない状態）と判定された場合には、すべての回転変動制御を禁止し（ステップＳ７）、ステップＳ１に戻る。
この場合、電力供給装置５の電力量Ｃが下限閾値Ｃｍｉｎよりも少ないので、仮に内燃機関１の回転変動を抑制するために、車両の電力負荷よりも回転電機２の発電量が少ない場合の不足分を電力供給装置５から補充しようとすると、電力供給装置５が過放電状態に陥ってしまう。したがって、これを防ぐために、内燃機関１の回転変動を抑制するための回転変動制御を禁止する必要がある。

このように、電力供給装置５の電力量Ｃの各レベルに応じて、回転電機２の制御を切り替えることにより、電力供給装置５が過充電状態や過放電状態に陥らないようにすることができ、電力供給装置５の寿命低下や発火などの不具合を防止することができる。
また、電力供給装置５に負荷をかけることなく、内燃機関１の回転変動を抑制することができ、特に内燃機関１を低回転で運転するアイドリング時の車両の乗り心地を改善することができる。
さらに、一般的な内燃機関１のアイドリング回転速度よりも低い回転速度に制御しても、乗り心地を悪化することが無いので、アイドリング回転速度をさらに低下させることができ、燃費を改善することができる。

以上のように、この発明の実施の形態１によれば、内燃機関１に接続された電動発電両用の回転電機２と、回転電機２に接続された電力供給装置５を備え、内燃機関１および回転電機２の各回転速度Ｎｅ、Ｎａと、電力供給装置５の電力量Ｃと、車両の電力負荷情報とに基づいて、回転電機２の界磁電流ｉＦまたは電機子電流ｉＡを制御することにより、回転電機２の発生トルクＴａを制御して、内燃機関１の回転変動を抑制することができる。

このとき、電力供給装置５の電力量Ｃが上限閾値Ｃｍａｘ以下の定常範囲内の場合には、第２の回転変動制御により、回転電機２の発生トルクＴａを内燃機関１の回転変動を抑制するように変化させるが、電力量Ｃが上限閾値Ｃｍａｘを超過している場合には、電力供給装置５が過充電にならないように、回転電機２の総出力のうち、発電量Ｉａを一定値（または、０）に保つように回転電機２を制御する。
このように、発電量を一定に保つことにより、電力供給装置５の過充電を防止することができ、電力供給装置５の寿命低下や発火などの不具合を防止することができる。
また、内燃機関１の回転変動を抑制することにより、特に回転変動が大きい内燃機関１の低回転時（アイドリング時）の乗り心地を改善することができる。
また、低回転で運転されるアイドリング時の回転速度をさらに低下させることができ、車両の燃費を改善することができる。

実施の形態２．
なお、上記実施の形態１では、特に言及しなかったが、第１の回転変動制御（図２内のステップＳ５）において、内燃機関１の発生トルクＴｅが増加したときには、回転電機２の発電効率を低下させてもよい。
図３は発生トルクＴｅの増加時に回転電機２の発電効率を低下させたこの発明の実施の形態２に係る内燃機関制御装置の動作を示す波形図であり、内燃機関１に回転変動が発生した状態を示している。

図３の波形図は、第１の回転変動制御時（電力供給装置５の電力量Ｃが満充電に近い場合）での、回転電機２の発電量Ｉａおよび発生トルクＴａと内燃機関１の発生トルクＴｅの時間変化を示している。
図３において、内燃機関１の発生トルクＴｅは、内燃機関１の回転変動により、時間経過にともなって増減している。

この場合、ＥＣＵ４内の回転変動抑制手段は、回転電機２の効率を可変制御するように構成されており、図３のように、内燃機関１の発生トルクＴｅが増大したときに、回転電機２の発電効率を低下させて発電量Ｉａを一定値に設定する。
すなわち、回転電機２による第１の回転変動制御（ステップＳ５）において、内燃機関１の発生トルクＴｅが増加したときには、回転電機２の発電効率を低下させることにより、余分な発生トルクＴｅを吸収するように回転電機２を制御するようになっている。

回転電機２は、内燃機関１からの発生トルクＴｅを受けて発電を行うが、通常は、余分なエネルギーを消費しないように、回転電機２が出力可能な最高の変換効率で発生トルクＴａを発電量Ｉａに変換している。
しかし、内燃機関１の回転変動により発生トルクＴｅが増加した場合には、トルク増加分を回転電機２で消費しようとすると、発電量Ｉａが増加することになり、車両の電力負荷以上の発電が行われてしまうことになる。
このとき、電力供給装置５の電力量Ｃが満充電状態よりも低い場合には、発電量Ｉａの増加分を電力供給装置５に充電させることで吸収することができるが、電力供給装置５が満充電状態に近いときには、発電量Ｉａの増加分を吸収しきれないので、電力供給装置５が過充電状態に陥ってしまう。

そこで、電力供給装置５が満充電状態であって内燃機関１の発生トルクＴｅが増加した場合には、回転電機２の発電効率を低下させることにより、回転電機２の発電量Ｉａを変化させることなく、消費トルクを増加させ、内燃機関１の回転変動分の発生トルクＴｅを吸収することが望ましい。

このように、回転電機２の発電効率を低下させる制御を行うことにより、前述と同様に、電力供給装置５が過充電状態になることを防ぐことができ、寿命低下や発火などの不具合を防止することができる。
また、回転電機２の効率を可変制御することにより、回転電機２の発電量を一定に保つことができるうえ、電力供給装置５の電力量Ｃが上限閾値Ｃｍａｘ以上のときに電力供給装置５の過充電を防止することができる。
また、内燃機関１の回転変動を抑制することにより、前述と同様に、乗り心地を改善するとともに、アイドリング時の回転速度をさらに下げることができ、車両の燃費を改善することができる。

実施の形態３．
なお、上記実施の形態１では、特に言及しなかったが、第１の回転変動制御（図２内のステップＳ５）において、回転電機２の運転状態を、通常の発電状態と、３相短絡状態とに切り替えてもよい。
図４は回転電機２の運転状態を発電状態と３相短絡状態とに切り替えたこの発明の実施の形態３に係る内燃機関制御装置の動作を示す波形図であり、前述（図３参照）と同様に、第１の回転変動制御時（電力供給装置５の電力量Ｃが満充電に近い場合）での、回転電機２の発電量Ｉａおよび発生トルクＴａと内燃機関１の発生トルクＴｅの時間変化を示している。

この場合、ＥＣＵ４内の回転変動抑制手段は、回転電機２の運転状態を、駆動状態と、発電状態と、３相短絡状態とに、切り替え制御するように構成されている。
すなわち、第１の回転変動制御（ステップＳ５）において内燃機関１の回転変動を抑制するために、回転電機２は、通常の発電状態と３相短絡状態とに切り替えられ、内燃機関１からの余分な発生トルクＴｅを吸収するように制御される。

図４において、上記切替制御は、矩形波で示されている。
たとえば、回転電機２を３相短絡状態にすると、発電量Ｉａは０となり、界磁電流ｉＦに応じて発生トルクＴｅを吸収することができる。
したがって、内燃機関１の回転変動によって回転速度が増大し、回転電機２で吸収すべき発生トルクＴｅが大きくなった場合には、発電量Ｉａ＝０に制御することにより、発電せずに発生トルクＴｅを吸収することができる。
このとき、車両の電力負荷が存在する場合には、３相短絡状態（Ｉａ＝０）と発電状態とのデューティ比を最適に制御することにより、回転電機２から車両の電力負荷に相当する発電量Ｉａを供給する。

以上のように、第１の回転変動制御において、回転電機２を駆動状態と発電状態と３相短絡状態とに切替制御し、３相短絡状態を適用することにより、回転電機２からの発電量Ｉａを０にしつつ、内燃機関１からの発生トルクＴｅを吸収することができる。
したがって、前述と同様に、電力供給装置５の過充電状態を回避し、寿命低下や発火などの不具合を防止することができる。
また、低回転時の乗り心地を改善するとともに、アイドリング時の回転速度をさらに低下させることができ、車両の燃費を改善することができる。

実施の形態４．
なお、上記実施の形態１では、特に言及しなかったが、第２の回転変動制御（図２内のステップＳ６）において、回転電機２の運転状態を、通常の発電状態と昇圧チョッパによる発電状態とに切り替えてもよい。
この場合、ＥＣＵ４内の回転変動抑制手段は、回転電機２の運転状態を、駆動状態と、発電状態と、トランジスタによるチョッピング発電とに、切り替え制御するようになっている。

すなわち、電力供給装置５の電力量Ｃが定常範囲内にある場合での第２の回転変動制御（ステップＳ６）において、内燃機関１の回転変動を抑制するために、回転電機２の運転状態は、通常の発電状態と昇圧チョッパによる発電状態とに切り替えられる。

一般に、回転電機２の発電量Ｉａは、回転電機２の回転速度Ｎａに依存するが、低回転時には、発電電圧がバッテリ充電電圧（電力供給装置５の端子電圧）よりも低くなり、発電することができない。
そこで、低回転時に発電するためには、発電電圧を昇圧チョッパで昇圧して発電する必要がある。

特に、低回転運転時（アイドリング時など）に回転速度Ｎｅを低下させると、内燃機関１の回転変動が大きくなって回転速度の最小レベルがさらに低下するので、回転電機２で発電することができなくなる可能性がある。
しかし、発電電圧を昇圧チョッパで昇圧することにより、さらに低回転であっても発電可能となり、内燃機関１のアイドリング回転速度を低下させても、回転変動を抑制する制御が可能となる。

このように、内燃機関１の回転変動を抑制するための回転電機２の制御として、回転電機２の運転状態を、駆動状態と発電状態とトランジスタによるチョッピング発電を利用した発電状態とに切り替え、トランジスタによるチョッピング発電を行うことにより、回転電機２の回転速度がさらに低回転であっても、内燃機関１からの出力を取り出すことが可能となり、より広い回転速度範囲において内燃機関１の変動を抑制することができる。
また、低回転での回転電機２の発電量Ｉａを増大させることにより、第２の回転変動制御（ステップＳ６）において、電力供給装置５の電力量Ｃの低下を防ぐことができる。
また、乗り心地を悪化させずに、アイドリング回転速度を十分に低下させることができ、燃費を改善することができる。

実施の形態５．
なお、上記実施の形態３、４では、回転電機２の切替制御の選択条件について具体的に言及しなかったが、車両の電力負荷、内燃機関１の回転速度Ｎｅ、電力供給装置５の電力量Ｃに応じて切り替えてもよい。
図５および図６は発明の実施の形態５に係る回転電機２の運転状態マップを示す説明図であり、車両の電力負荷、内燃機関１の回転速度Ｎｅ、電力供給装置５の電力量Ｃに応じて選択される運転状態を示している。

図５においては、車両の電力負荷（発電量Ｉａに対応）と、電力供給装置５から供給される電力量Ｃとを条件として、回転電機２の運転状態（駆動状態、発電状態、３相短絡状態）を選択するためのマップの一例が示されている。
また、図６においては、内燃機関１の回転速度Ｎｅを条件として、回転電機２の発電方法（ダイオードによる整流発電状態、トランジスタによるチョッピング発電状態）を選択するためのマップの一例が示されている。

この場合、ＥＣＵ４内の回転変動抑制手段は、車両の電力負荷（発電量Ｉａ）と電力供給装置５の電力量Ｃとに応じて、回転電機２の運転状態を、駆動状態と、発電状態と、駆動状態および発電状態の切替制御状態と、３相短絡状態との４通りに切り替えるとともに、内燃機関１の回転速度Ｎｅに応じて、発電状態を、ダイオードによる整流発電状態と、トランジスタによるチョッピング発電状態と、整流発電状態およびチョッピング発電状態の切替制御状態とに切り替えて、制御を使い分けるようになっている。

すなわち、回転電機２の運転状態は、発電量Ｉａおよび電力量Ｃに応じて、（１）電動機としての駆動状態と、（２）通常の発電制御状態と、（３）発電を禁止する３相短絡状態と、（４）回転変動抑制ための駆動状態および発電状態の切替制御状態との４種類の中から、最適な制御状態が選択される。

図５において、回転電機２の発電量Ｉａ（車両負荷）が定常範囲内（０＜Ｉａ≦Ｉａ＊）にある場合に、電力供給装置５の電力量Ｃが上限閾値Ｃｍａｘを超過すれば、駆動状態および３相短絡状態（発電禁止状態）の切替制御状態が選択され、電力量Ｃが定常範囲内（Ｃｍｉｎ≦Ｃ≦Ｃｍａｘ）にあれば、駆動状態および発電状態の切替制御状態が選択され、電力量Ｃが下限閾値Ｃｍｉｎを下回れば、回転変動制御を禁止した通常の発電状態が選択される。

また、図５において、回転電機２の発電量Ｉａが発電量指令値Ｉａ＊を超過している場合に、電力量Ｃが上限閾値Ｃｍａｘを超過すれば、発電状態および３相短絡状態の切替制御状態が選択され、電力量Ｃが上限閾値Ｃｍａｘ以下であれば、発電量調整（前述の実施の形態２による発電効率の調整）による回転変動制御が実行される。

一方、図６において、発電制御状態は、内燃機関１の回転速度Ｎｅが下限閾値Ｎｍｉｎ以下の場合には、トランジスタによるチョッピング（昇圧）発電状態が選択され、回転速度Ｎｅが定常範囲内（Ｎｍｉｎ＜Ｎｅ≦Ｎｍａｘ）にある場合には、チョッピング発電と通常のダイオードによる整流発電との切替制御状態が選択され、回転速度Ｎｅが上限閾値Ｎｍａｘを超過した場合には、ダイオード整流発電状態が選択される。

このように、図５のマップにしたがい、車両の電力負荷と電力供給装置５の電力量Ｃとに応じて、駆動状態、発電状態、３相短絡状態の中から最適な運転状態が選択される。
また、図６のように、特に発電状態については、内燃機関１の回転速度Ｎｅに応じて、ダイオード整流発電またはチョッピング発電が選択される。
この結果、車両状況に合わせた細かい運転状態の制御が実現し、より効果的に内燃機関１の回転変動を抑制することができ、アイドリング回転速度の低下を可能とし、電力供給装置５の保護を行うことができる。

また、前述と同様に、回転電機２の効率を変化させることにより、回転電機２の発電量Ｉａを一定に保つことができ、電力供給装置５の電力量Ｃが上限閾値Ｃｍａｘ以上のときに電力供給装置５の過充電を防止することができ、電力供給装置５の寿命低下や発火などの不具合を防止することができる。

また、回転電機２の運転状態を３相短絡状態にすることにより、回転電機２からの発電量Ｉａを０にしつつ内燃機関１からの発生トルクＴｅを吸収することができ、電力供給装置５の過充電を防止することができる。
また、回転電機を駆動状態をチョッピング発電状態にすることにより、回転電機２の回転速度Ｎａがさらに低回転であっても、内燃機関１からの出力を取り出すことが可能となり、より広い回転速度範囲において内燃機関１の変動を抑制することができる。

さらに、内燃機関１の回転速度Ｎｅ、電力供給装置５の電力量Ｃ、車両の電力負荷（発電量Ｉａ）に応じて、回転電機２の運転状態を、駆動状態と、発電状態と、３相短絡状態と、トランジスタによるチョッピング発電状態とに切り替え、最も回転変動の抑制効果が高い運転状態を選択することにより、内燃機関１の回転変動が効果的に改善されるとともに、電力供給装置５の高寿命化を実現することができる。

実施の形態６．
なお、上記実施の形態１〜５では、アイドリングアシスト状態が適用される車両の停止時間を考慮しなかったが、車両の停止予測時間ｔを求めて、停止時間中に内燃機関１の状態を選択してもよい。
以下、図１とともに、図７〜図９を参照しながら、車両の停止予測時間ｔに応じて内燃機関１の状態を選択したこの発明の実施の形態６について説明する。

図７はこの発明の実施の形態６に係る内燃機関制御装置を搭載した車両システムの概略構成を示すブロック図であり、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ａ」を付して詳述を省略する。また、図７に示されていない電力供給装置５などについては、図１に示した通りである。

図８はこの発明の実施の形態６による制御動作例を示すフローチャートであり、図９はこの発明の実施の形態６による運転状態選択用のマップＭ１を示す説明図である。
図９のマップＭ１において、停車予測時間ｔと比較される基準時間ｔａ、ｔｂ、ｔｃは、ｔａ＜ｔｂ＜ｔｃの関係にあり、基準時間ｔｃは上限閾値に相当する。

図９において、内燃機関１の動作モードは、停車予測時間ｔが極めて短いｔ≦ｔａの場合には、アイドリング状態が選択され、停車予測時間ｔが中間範囲内にあるｔａ＜ｔ≦ｔｂの場合には、アイドリングアシスト状態が選択され、停車予測時間ｔが比較的長いｔｂ＜ｔ≦ｔｃの場合には、停止・再始動（以下、「ＩＳＳ」と略記する）が選択される。

図７において、ＥＣＵ４Ａは、車両の停止予測時間ｔを求める停止時間予測手段と、車両の停止時間中に内燃機関１の状態を選択する状態選択手段とを備えている。
ＥＣＵ４Ａ内の状態選択手段は、停止予測時間ｔと、電力供給装置５の電力量Ｃとの少なくとも一方に基づいて、内燃機関１のみによるアイドリング状態と、内燃機関１および回転電機２を併用したアイドリング状態と、内燃機関１の停止・再始動状態と、のいずれかの状態を選択する。
また、状態選択手段は、最も燃費が良い状態を選択するようになっている。

ＥＣＵ４Ａは、前述と同様に、車両に搭載された各種センサから車両の情報を入手し、あらかじめ記憶しているデータとともに内部のプログラムを実行し、内燃機関１および回転電機２の運転状態を制御する。
また、ＥＣＵ４Ａには、２系統の情報収集装置群として車両状態監視装置群１０および車外情報収集装置群２０が接続されており、ＥＣＵ４Ａは、各情報収集装置群１０、２０からの情報に基づいて、内燃機関１の運転状態を決定して内燃機関１を制御する。

車両状態監視装置群１０は、スロットル開度を検出するスロットルセンサ１１と、内燃機関１の冷却水温を検出する水温センサ１２と、車両の傾きを検出する傾斜センサ１３と、車速を検出する車速センサ１４と、操舵状態を検出するウィンカセンサ１５とを含む。
車外情報収集装置群２０は、高精度の車両位置を検出する高精度位置検出装置２１と、自動的に走行制御を行う自律航法装置２２と、リアルタイムの交通情報を収集する交通情報収集装置２３と、車両の前方を監視する前方監視装置２４とを含む。

車外情報収集装置群２０内において、高精度位置検出装置２１は、複数の人工衛星を使用した地球規模の位置検出システム（たとえば、ＧＰＳ）を用い、地域のＦＭ局などを基準局とすることにより、数ｍ〜数ｃｍの単位で自車両の位置を測定する。
自律航法装置２２は、車速センサ１４やジャイロスコープなどからの情報に基づいて、自車の走行経路を確認し、高精度位置検出装置２１の検出精度をさらに向上させる。

交通情報収集装置２３は、交差点での信号機の点灯状態や、信号機が切り替わるまでの時間情報や、走行中の路線の交通状態情報を取得する。
前方監視装置２４は、たとえばレーザレーダやミリ波レーダなどによる前方車両の検出や、各種カメラによる前方車両の進路監視を行う。

ＥＣＵ４Ａは、車両状態監視装置群１０内のスロットルセンサ１１を用いて内燃機関１の駆動状態や運転手の指示を確認し、水温センサ１２を用いて内燃機関１が暖機されているか否かを判定し、傾斜センサ１３を用いて車両の傾きを測定し、車速センサ１４を用いて自車両が停止しているか否かを判定し、ウィンカセンサ１５を用いて運転手の右折または左折の指示を確認する。
また、ＥＣＵ４Ａは、車外情報収集装置群２０内の高精度位置検出装置２１からの位置情報に基づいて、自車両の地図上での位置を検出するとともに、各装置２２〜２４からの情報を取り込む。

次に、図８および図９を参照しながら、図７に示したこの発明の実施の形態６によるＥＣＵ４Ａの処理動作について説明する。
図８において、まず、車速センサ１４からの車速情報を確認して、自車両が停止状態であるか否かを判定し（ステップＳ１０１）、停車中でない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、判定ステップＳ１０１を繰り返す。

ステップＳ１０１において、停車中である（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、車両状況監視装置群１０からの情報（暖機状態、坂路の傾き、運転者の指示など）を用いて、車両の状態を確認する（ステップＳ１０２）。
続いて、暖機状態、坂路の傾き、運転者の指示などに応じて、内燃機関１の制御（アイドリング、アイドリングアシスト、ＩＳＳなど）が実行可能である（実行条件を満たす）か否かを判定し（ステップＳ１０３）、内燃機関１の制御条件が成立しない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ１０１に戻る。

一方、ステップＳ１０３において、内燃機関１の制御条件が成立する（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、車外情報収集装置群２０から車両外部の情報を取得し（ステップＳ１０４）、この取得情報に基づいて車両の停車予測時間ｔを算出する（ステップＳ１０５）。
最後に、図９に示すマップＭ１を用いて、内燃機関１の運転状態を選択し（ステップＳ１０６）、図８の処理ルーチンを終了する。

ステップＳ１０６においては、算出された停車予測時間ｔに応じて、アイドリング状態、アイドリングアシスト状態、ＩＳＳの中から最も目的に合った運転状態が選択される。
なお、アイドリングアシスト状態においては、内燃機関１の回転速度Ｎｅを、通常のアイドリング状態よりも低下させるので、燃料の消費を抑制することができるうえ、内燃機関１の運転を停止させないので、次回の車両の発進を速やかに行うことができる。

このように、推定される停車予測時間ｔに基づいて、内燃機関１の制御モードとして、アイドリングアシスト状態を採用することにより、比較的短時間の停車においても、内燃機関１の回転速度を十分に低下させて、燃費を向上させることができ、同時に速やかな発進も実現することができる。
また、アイドリングアシスト状態においては、内燃機関１が動いているので、従来の車両ではＩＳＳ条件が困難な急勾配の坂道においても、アイドリングアシスト状態によって内燃機関１の回転速度を低下させることにより、燃費の向上を図ることができる。

このように、この発明の実施の形態６によれば、車両状況監視装置群１０（車両に設けられた各種センサなど）や車外情報収集装置群２０などからの情報に基づいて停車予測時間ｔを求め、停車予測時間ｔの長さに応じて、内燃機関１の運転状態として、内燃機関１のみのアイドリング状態（通常のアイドリング状態）、回転電機２により内燃機関１の回転変動を抑制して内燃機関１の回転速度Ｎｅを通常よりも低下させたアイドリング状態（アイドリングアシスト状態）、内燃機関１の停止・再始動状態（ＩＳＳ状態）のなかから選択する。

したがって、停車時の内燃機関１の運転状態をより細かく制御することができるので、目的に合わせた運転状態を選択することができる。
すなわち、アイドリングアシスト状態の制御を加えることにより、停車予測時間ｔに応じて、内燃機関１の制御モードをきめ細かに設定して、燃費を向上することができる。

また、推定演算された停車予測時間ｔに応じて、停車時の運転状態をアイドリング状態、アイドリングアシスト状態、ＩＳＳ状態のなかから、最も燃費が良くなる制御方式を選択することにより、燃費を向上することができる。
すなわち、ＥＣＵ４Ａ内の状態選択手段は、制御マップＭ１（図９）に示すように、停止予測時間ｔを、第１の基準時間ｔａおよび第１の基準時間ｔａよりも長い第２の基準時間ｔｂと比較し、停止予測時間ｔに応じた内燃機関１の制御モードとして、停止予測時間ｔが第１の基準時間ｔａ以下の場合にはアイドリング状態を選択し、第１の基準時間ｔａよりも長く且つ第２の基準時間ｔｂ以下の場合にはアイドリングアシストを選択し、第２の基準時間ｔｂよりも長い場合には停止・再始動状態を選択することにより、燃費を向上することができる。

この発明の実施の形態１に係る内燃機関制御装置を示すブロック図であり、車両システムに対する制御装置の一例を模式的に示している。 この発明の実施の形態１による制御動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る制御動作時の発電量および発生トルクの時間変化を示す波形図である。 この発明の実施の形態３に係る制御動作時の発電量および発生トルクの時間変化を示す波形図である。 この発明の実施の形態５に係る回転電機の制御マップの一例を示す説明図である。 この発明の実施の形態５に係る回転電機の制御マップの一例を示す説明図である。 この発明の実施の形態６に係る内燃機関制御装置を示すブロック構成図であり、車両システムの制御装置の一例を示している。 この発明の実施の形態６による制御動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態６に係る内燃機関の制御用マップの一例を示す説明図である。

符号の説明

１ 内燃機関、２ 回転電機、３ インバータ（制御回路）、４、４Ａ ＥＣＵ（電子制御装置）、５ 電力供給装置、１０ 車両状況監視装置群、２０ 車外情報収集装置群、Ｃ 電力供給装置の電力量、ｉＡ 電機子電流、ｉＦ 界磁電流、Ｉａ 回転電機の発電量、Ｎａ 回転電機の回転速度、Ｎｅ 内燃機関の回転速度、ｔ 停車予測時間、ｔａ 第１の基準時間、ｔｂ 第２の基準時間。

Claims (8)

1. 車両に搭載された内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関に接続された電動発電両用の回転電機と、
   前記回転電機の界磁電流および電機子電流の少なくとも一方を制御する制御回路と、
   前記内燃機関および前記回転電機の各回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   前記回転電機に接続された電力供給装置と、
   前記電力供給装置の電力量を検出する電力量検出手段と、
   前記内燃機関の回転変動を抑制する回転変動抑制手段とを備え、
   前記回転変動抑制手段は、前記車両の電力負荷と、前記電力供給装置の電力量と、前記回転電機の回転速度とに応じて、前記回転電機からの発電量および発生トルクを制御するとともに、
   前記回転電機の運転状態を、駆動状態と、発電状態と、３相短絡状態とに、切り替え制御することを特徴とする内燃機関制御装置。
2. 前記回転変動抑制手段は、前記回転電機の効率を可変制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
3. 前記回転変動抑制手段は、前記回転電機の運転状態を、前記発電状態に切り替え制御する際に、前記発電状態を、通常の発電状態と、トランジスタによるチョッピング発電とに、切り替え制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関制御装置。
4. 前記回転変動抑制手段は、
   前記車両の電力負荷と前記電力供給装置の電力量とに応じて、前記回転電機の運転状態を、駆動状態と、発電状態と、前記駆動状態および前記発電状態の切替制御状態と、３相短絡状態とに切り替えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関制御装置。
5. 前記回転変動抑制手段は、
   前記内燃機関の回転速度に応じて、前記発電状態を、ダイオードによる整流発電状態と、トランジスタによるチョッピング発電状態と、前記整流発電状態および前記チョッピング発電状態の切替制御状態とに切り替えることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関制御装置。
6. 前記車両の停止予測時間を求める停止時間予測手段と、
   前記車両の停止時間中に前記内燃機関の状態を選択する状態選択手段とを備え、
   前記状態選択手段は、前記停止予測時間と前記電力供給装置の電力量との少なくとも一方に基づいて、前記内燃機関のみによるアイドリング状態と、前記内燃機関および前記回転電機を併用したアイドリングアシスト状態と、前記内燃機関の停止・再始動状態と、のいずれかの状態を選択することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の内燃機関制御装置。
7. 前記状態選択手段は、前記停止予測時間に対する前記内燃機関の制御マップを参照して、最も燃費が良い状態を前記内燃機関の制御モードとして選択することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関制御装置。
8. 前記状態選択手段は、
   前記停止予測時間を、第１の基準時間および前記第１の基準時間よりも長い第２の基準時間と比較し、
   前記停止予測時間が前記第１の基準時間以下の場合には、前記内燃機関の制御モードとして前記アイドリング状態を選択し、
   前記停止予測時間が前記第１の基準時間よりも長く且つ前記第２の基準時間以下の場合には、前記内燃機関の制御モードとして前記アイドリングアシストを選択し、
   前記停止予測時間が前記第２の基準時間よりも長い場合には、前記内燃機関の制御モードとして前記停止・再始動状態を選択することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の内燃機関制御装置。

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