JP4849074B2 - 内燃機関の回転速度算出装置、内燃機関の始動状態予測装置、内燃機関のフリクション定量化装置、及び内燃機関の自動停止制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機によって出力軸に初期回転が付与される内燃機関について、その回転速度を算出する回転速度算出装置、並びにこれを搭載する内燃機関の始動状態予測装置、内燃機関のフリクション定量化装置、及び内燃機関の自動停止制御装置に関する。

例えば下記特許文献１には、内燃機関の出力軸(クランク軸)にスタータによって初期回転を付与する際のバッテリの端子電圧の変動に基づき、内燃機関の回転速度を算出するものも提案されている。ここでは、内燃機関の圧縮上死点近傍においては、クランク軸の回転を妨げる力が大きくなるため回転速度が低下し、ひいてはバッテリの放電電流が増大するために電圧が低下することに着目している。これによれば、電圧の変動周期を、「７２０°ＣＡ／(気筒数)」の角度変化に要する時間として、内燃機関の回転速度を算出することができる。
特開２００７−８３９６５号公報

ところで、バッテリの内部抵抗は、バッテリの残存容量（ＳＯＣ）や、バッテリの劣化度合いに応じて大きく変動し、ＳＯＣが小さいほど、また劣化の度合いが大きいほど、大きくなる傾向にある。このため、クランキング時のバッテリの電流の変動量がＳＯＣの大小やバッテリの劣化度合いにはさほど影響されないにもかかわらず、電圧の変動量は、これらＳＯＣの大小やバッテリの劣化度合いに依存して大きく変化する。更に、一般に、ＳＯＣが小さくなる場合やバッテリが劣化する場合には、バッテリの端子電圧が低下するため、ＳＯＣが小さい場合やバッテリが劣化する場合には、変動量のみならず端子電圧の絶対値も大きく変動することとなる。

そしてこのようにＳＯＣや劣化度合いに大きく依存するパラメータであるバッテリの端子電圧を用いる場合には、内燃機関の回転速度の算出精度も低下しやすい。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電動機によって出力軸に初期回転が付与される内燃機関について、その回転速度をより適切に算出することのできる回転速度算出装置、並びにこれを搭載する内燃機関の始動状態予測装置、内燃機関のフリクション定量化装置、及び内燃機関の自動停止制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、内燃機関の出力軸に初期回転を付与する電動機について、これを流れる電流の検出値の急激な変化を緩和する緩和手段と、該緩和手段の出力としての前記電流値に基づき、前記内燃機関のクランキング時の回転速度を算出する手段と、前記電流値が急増した後、規定値以下に減少することで、前記緩和する処理を一旦リセットするリセット手段とを備えることを特徴とする。

内燃機関は、燃焼室を膨張させる場合と比較して圧縮させる場合には大きなトルクを要する。このため、電動機によって初期回転が付与される際、出力軸の回転速度は、燃焼室の膨張及び圧縮の周期に同期して増減する。一方、電動機は、回転に伴って誘起電圧が生じ、この誘起電圧は、電動機に流れる電流を低減させる。したがって、電動機によって内燃機関の出力軸に初期回転を付与する際には、電動機に流れる電流も周期的に増加減少する。上記発明では、この点に着目し、電動機に流れる電流値の周期的な増減に基づき回転速度を算出することができる。特に、電流値は、電動機に電力を供給する給電手段の電圧値と比較して、給電手段の残存容量等による変動が小さいため、こうした変動に起因する回転速度の算出精度の低下を招きにくい。このため、上記発明では、回転速度をより適切に算出することができる。

ところで、クランキング開始時には、通常、電動機が回転していないため、電動機には、給電手段の電圧と、給電手段及び電動機間の抵抗とに応じて定まる大きい電流が流れる。一方、緩和手段を備える場合、前記電動機を流れる電流についての現在までの複数の検出値に基づき現在の電流値を算出することとなる。ここで、クランキングの開始時から継続して緩和手段による処理を実行する場合、緩和手段によって変化の緩和された電流値にクランキング開始時の大電流が大きな影響を及ぼす。この点、上記発明では、リセット手段を備えることで、クランキング開始時の大電流の影響を好適に除去することができ、ひいては、回転角度の算出精度を高めることができる。

請求項２記載の発明は、内燃機関の出力軸に初期回転を付与する電動機について、これに流れる電流値を入力とし、前記電流値の周期的な増減に基づき、前記内燃機関のクランキング時の回転速度を算出する回転速度算出装置と、前記電流値に基づき、前記電動機のトルクを算出するトルク算出手段と、前記算出されるトルク及び前記算出される回転速度に基づき、前記内燃機関の始動可能性を予測する予測手段とを備えることを特徴とする。

電動機を流れる電流によって電動機のトルクを調節することができる。このため、電動機を流れる電流に基づき、電動機のトルクを算出することができる。一方、電動機のトルクが同一であったとしても、クランキングに伴う内燃機関の回転速度は、内燃機関のフリクション等に起因して様々な値を取り得る。このため、内燃機関のトルクとそのときの回転速度とによって、内燃機関のフリクション等、内燃機関の回転を妨げる状態を推定することができる。このため、これらによって内燃機関の始動可能性を予測することができる。特に、上記発明では、電動機のトルクを算出するために利用するパラメータである電流値に基づき回転速度を算出するために、同一の電気的な状態量によって、回転速度及びトルクの双方を算出することができる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記予測手段は、前記算出されるトルク及び前記算出される回転速度に基づき、前記内燃機関の将来のクランキングに際しての回転速度を予測する手段を備え、該予測される回転速度と、前記内燃機関のクランキングに要求される規定回転速度との比較に基づき、前記内燃機関の始動成功の可能性を予測することを特徴とする。

上述したように、内燃機関のトルクとそのときの回転速度とによって、内燃機関のフリクション等、内燃機関の回転を妨げる状態を推定することができる。このため、これらトルクと回転速度とによって、将来のクランキングに際しての回転速度を予測することができる。このため、予測される回転速度に基づき始動可能性を適切に予測することができる。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記予測手段は、前記算出される回転速度についての前記内燃機関の複数回のクランキングに際しての値及びその際のトルクに基づき、前記電動機のトルク及び回転速度の関係を示す曲線を定める手段と、前記電動機の給電手段の充電状態に基づき、前記電動機の回転速度及び前記電動機のトルクの関係を定める曲線を予測する手段と、これら２つの曲線の交点に基づき、前記内燃機関のクランキングに伴う回転速度を予測する手段とを備えることを特徴とする。

算出される回転速度についての内燃機関の複数回のクランキングに際しての値及びその際のトルクから、電動機のトルクと回転速度との関係を定めることができる。そして、この関係は、内燃機関のフリクション等、内燃機関の回転を妨げる状態と相関を有するものとなる。一方、電動機の給電手段の状態によっても、トルクと回転速度との関係が変化する。このため、上記２つの曲線の交点は、内燃機関の回転を妨げる状態と、給電手段の状態とに応じた回転速度を示すと考えられる。このため、上記発明では、クランキングに伴う回転速度を好適に予測することができる。

請求項６記載の発明は、内燃機関の出力軸に初期回転を付与する電動機について、これに流れる電流値を入力とし、前記電流値の周期的な増減に基づき、前記内燃機関のクランキング時の回転速度を算出する回転速度算出装置と、前記電流値に基づき、前記電動機のトルクを算出するトルク算出手段と、前記算出されるトルク及び前記算出される回転速度に基づき、前記内燃機関のフリクションを定量化するフリクション定量化手段とを備えることを特徴とする。

電動機を流れる電流によって電動機のトルクを調節することができる。このため、電動機を流れる電流に基づき、電動機のトルクを算出することができる。一方、電動機のトルクが同一であったとしても、クランキングに伴う内燃機関の回転速度は、内燃機関のフリクション等に起因して様々な値を取り得る。このため、内燃機関のトルクとそのときの回転速度とによって、内燃機関のフリクション等、内燃機関の回転を妨げる状態を推定することができる。上記発明では、この点に着目し、算出されるトルクとそのときの回転速度とに基づき、内燃機関のフリクションを定量化することができる。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の内燃機関のフリクション定量化装置と、前記内燃機関の自動停止条件が成立する場合、前記定量化されるフリクションに基づき、前記内燃機関を自動的に停止させるに際して前記内燃機関の回転角度を所定角度に固定させる制御を行う自動停止制御手段とを備えることを特徴とする。

内燃機関を自動的に停止させる際には、アクチュエータの操作が制限されるために、回転角度の制御にとって、アクチュエータの操作量の適合が非常に重要になる。ここで、操作量の適切な値は、内燃機関のフリクションに依存する。この点、上記発明では、フリクションに基づき回転角度を所定角度に固定する制御を行うために、アクチュエータの操作量を都度のフリクションに見合った適切な値に設定することができ、ひいては回転角度を所定角度に好適に制御することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる回転速度算出装置等をガソリン機関を動力発生装置とする車両に適用した第１の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかるシステムの全体構成を示す。

内燃機関１０は、ポート噴射式のガソリン機関である。また、内燃機関１０は、車両の動力発生装置であり、その出力軸（クランク軸１２）が駆動輪に機械的に接続されている。一方、発電装置２０は、発電機としてのオルタネータ２２と、オルタネータ２２の出力を制御する制御回路としてのレギュレータ２４とを備えて構成されている。ここで、オルタネータ２２のロータは、内燃機関１０のクランク軸１２と機械的に連結されており、クランク軸１２の回転力によって回転する。

発電装置２０のバッテリ端子ＴＢには、鉛蓄電池としてのバッテリ３０が接続されている。そして、バッテリ３０には、これと並列に、スイッチ４２を介して電気負荷４４が接続されている。更に、バッテリ３０には、電気負荷として、内燃機関１０のクランク軸１２に初期回転を付与するスタータ４０が接続されている。一方、バッテリ端子ＴＢ及びバッテリ３０間の給電ラインと、発電装置２０のイグニッション端子ＴＩＧとは、イグニッションスイッチ４６を介して接続されている。

上記バッテリ３０の電気負荷の１つとしての電子制御装置（エンジンＥＣＵ５０、電池ＥＣＵ６０）は、マイクロコンピュータを主体として構成されている。ここで、電池ＥＣＵ６０は、バッテリ３０から放電される電流やバッテリ３０へと充電される電流を検出する電流センサ５２の検出値や、バッテリ３０の温度を検出する温度センサ５４の検出値、更にはバッテリ３０の電圧を検出する電圧センサ５６の検出値に基づき、バッテリ３０の状態を監視する。特に、電池ＥＣＵ６０は、バッテリ３０の都度の充放電電流の累積演算に基づき、バッテリ３０の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）を算出する。ここで、ＳＯＣは、バッテリ３０の放電能力を定量化した物理量である。詳しくは、バッテリ３０の満充電に対する現在の充電量の割合を定量化したものである。ＳＯＣは、通常「５時間率容量」や、「１０時間率容量」等によって定量化される。バッテリ３０は、その端子が開放されているときの電圧である開放端電圧が、ＳＯＣに依存することが知られている。詳しくは、ＳＯＣが大きいほど、開放端電圧が高くなる。具体的には例えば、ＳＯＣが「１００％」のときの開放端電圧は、「１２．８Ｖ」であり、「０％」のときの開放端電圧は、「１１．８Ｖ」である。

一方、エンジンＥＣＵ５０は、内燃機関１０や、発電装置２０を制御対象とする。特に、エンジンＥＣＵ５０では、ＳＯＣについての電池ＥＣＵ６０から出力される情報に基づき、発電装置２０のバッテリ端子ＴＢに印加される電圧（発電装置２０の出力電圧）を制御する。詳しくは、エンジンＥＣＵ５０は、発電装置２０の指令端子ＴＲに、出力電圧の指令値（指令電圧）を出力する。これにより、レギュレータ２４では、出力電圧を指令電圧に制御する。また、エンジンＥＣＵ５０は、発電装置２０のモニタ端子ＴＦを介して、発電装置２０の発電能力を示す発電状態信号を取り込む。ここで、発電能力とは、レギュレータ２４内のスイッチング素子のオン・オフの時比率（詳しくは、オン・オフ周期に対するオン時間の比：Ｄｕｔｙ）によって定量化される。この出力電圧の制御は、ＳＯＣを許容範囲内としつつも、発電装置２０による発電による内燃機関１０の燃料消費量の増量量を極力低減するように行われる。

更に、エンジンＥＣＵ５０は、車両の停止時において、内燃機関１０のアイドル回転速度制御を停止し内燃機関１０を自動的に停止させるいわゆるアイドルストップ制御（自動停止処理）や、アイドルストップ制御から内燃機関１０を自動的に始動させる自動始動処理を行う。ここで、自動始動処理は、スタータ４０を起動させることで内燃機関１０のクランク軸１２に初期回転を付与した後、燃焼制御を行うことで実行される。

ところで、内燃機関１０の始動を適切に行ううえでは、上記スタータ４０によってクランク軸１２に初期回転を付与するクランキングに際してのクランク軸１２の回転速度に下限値がある。このため、通常、スタータ４０の生成するトルクが、クランク軸１２の回転速度を下限値以上とするうえで十分となるように設計がなされている。ただし、内燃機関１０のピストンの往復動作に伴う抵抗等、クランク軸１２の回転を妨げる力(フリクション)は、経年変化等によって変化し得る。そして、フリクションが上記設計に際して想定外な値に変化する場合には、クランキング時の回転速度が上記下限値を下回る事態を生じるおそれがある。

そこで、本実施形態では、毎回のクランキング時においてスタータ４０に流れる電流に基づき、スタータ４０のトルク及び回転速度を算出し、これに基づきフリクションを把握することで、クランキング時の回転速度が下限値を下回るか否かを予測する。以下、これについて詳述する。ここでは、まず、電流に基づくスタータ４０の回転速度の算出処理を説明した後、上記予測にかかる処理について説明する。

スタータ４０は、回転に伴い誘起電圧を生じる。そして、この誘起電圧は、スタータ４０を流れる電流を減少させるものである。したがって、スタータ４０の起動直後においては、スタータ４０が回転しておらず誘起電圧が生じていないため、スタータ４０には、バッテリ３０及びスタータ４０間の抵抗とバッテリ３０の電圧とに応じた大電流が流れる。そして、この電流は、スタータ４０の回転開始に伴い誘起電圧が生じることで減少する。これにより、内燃機関１０における燃料の燃焼制御が開始されるまでの間は、スタータ４０のトルクと内燃機関１０のクランク軸１２に加わる負荷トルクとに応じて、スタータ４０及びクランク軸１２が回転するようになる。ここで、負荷トルクは、内燃機関１０の燃焼室が膨張する際と圧縮される際とで相違する。このため、スタータ４０及びクランク軸１２の回転速度も、燃焼室の膨張及び圧縮に起因して周期的に上昇及び下降を繰り返す。そして、この回転変動は、スタータ４０を流れる電流の周期的な変化を引き起こす。したがって、電流の周期的な変化に基づき、クランキング時の内燃機関１０の回転速度を算出することができる。

ここで、本実施形態では、スタータ４０を流れる電流を検出する専用のセンサを備えない関係上、スタータ４０を流れる電流を、バッテリ３０の放電電流にて代用する。図２（ａ）に、クランキング時のバッテリ３０の放電電流の推移を模式的に示す。この図では、バッテリ３０が充電される側において電流を正と定義しているため、バッテリ３０の電流が小さいほど(バッテリ３０の充電電流が負でその絶対値が大きいほど)、スタータ４０に流れる電流が大きいことを意味している。図示されるように、バッテリ３０の放電電流が一旦大きく増大した後、減少し、その後、周期的な増減を繰り返す。このため、放電電流の極大値間の時間間隔や、極小値間の時間間隔に基づき、スタータ４０の回転速度を算出することができ、ひいては、クランク軸１２の回転速度を算出することができる。

図２（ａ）では、バッテリ３０の充電電流の極小値(放電電流の極大値)間の時間間隔Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を示している。これら各時間間隔におけるスタータ４０の回転速度はそれぞれ、「７２０／｛（気筒数）・Ｔ１｝」、「７２０／｛（気筒数）・Ｔ２｝」、「７２０／｛（気筒数）・Ｔ３｝」となる。このため、スタータ４０とクランク軸１２の回転速度比が「１」なら、クランク軸１２の回転速度もこれと等しくなり、また、回転速度比が「１」でない場合には、回転速度比を乗じた速度がクランク軸１２の回転速度となる。

ところで、実際の電流の挙動は、図２（ｂ）のようになる。すなわち、実際の電流の極大値や極小値には、内燃機関１０の燃焼室の膨張及び圧縮の周期に起因したもののみならず、これに起因しないノイズ成分によるものが多く含まれる。このため、電流を検出する検出手段の検出値を直接用いたのでは、上記極大値間の間隔や極小値間の間隔に基づく回転速度の算出が困難となる。これに対し、図２（ｃ）に示すように、検出値の急激な変化を緩和する処理(なまし処理)を施すことで、この処理の施された電流の極大値及び極小値と、内燃機関１０の燃焼室の膨張及び圧縮の周期との１対１の対応付けが可能となる。このため、本実施形態では、電流センサ５２の検出値になまし処理を施し、この処理後の値を用いて極大値(極小値)を特定する。図２（ｃ）では、今回のサンプリング値に「１／６」の重み係数を乗算して且つ、前回の電流値に「５／６」の重み係数を乗算してこれらを加算する加重平均処理であるいわゆる「１／６なまし処理」をした場合を例示している。図示されるように、この場合、ノイズ成分を好適に除去することができ、電流の極大値や極小値を、内燃機関１０の燃焼室の膨張及び圧縮の周期と適切に対応付けることができる。

なまし処理を行う場合、今回の値は、現在及びそれ以前のサンプリング値に基づき算出される。このため、スタータ４０の起動開始に同期してなまし処理を開始する場合には、スタータ４０の回転開始前の大電流の影響がなまし処理後の電流値に長期にわたって影響を及ぼすおそれがある。そして、この場合には、極大値や極小値となる真のタイミングに対して、なまし処理後の値に基づくタイミングがずれたものとなり、ひいては回転速度の算出精度が低下するおそれがある。そこで、本実施形態では、スタータ４０の起動に伴い大電流が流れてこれが減少するタイミングにおいて、なまし処理を一旦リセットする。これにより、スタータ４０が停止しているために流れる大電流の影響を好適に除去する。

図３に、なまし処理のリセット処理の効果を示す。図に示す例では、バッテリ３０の充電電流が「−３００Ａ」となることでリセット処理を施した場合を実線にて、リセット処理を施さない場合を１点鎖線にてそれぞれ示している。図示されるように、リセット処理を施さない場合には、スタータ４０の起動直後の大電流の影響により、バッテリ３０の充電電流の極大点のタイミングがリセット処理を施した場合と比較して遅れている。

リセット処理を施す場合には、電流に基づきクランキング時の回転速度を算出することが特に有効である。これに対し、上記特許文献１に見られるように、バッテリ３０の電圧値の変動に基づき回転速度を算出する場合には、リセット処理を施すことが困難となる。図４（ａ）に、ＳＯＣが「１００％」、「８０％」、「７０％」である場合のクランキングに伴う電流波形を示し、図４（ｂ）に、同様の場合についての電圧波形を示す。図示されるように、電流値は、ＳＯＣの変動の影響をあまり受けないため、リセット処理を行うスレッシュを簡易に定めることができる。これに対し、電圧値は、ＳＯＣの変動を大きく受けるため、スレッシュを固定値として定めることができない。

上記考察に基づき、本実施形態では、電流センサ５２の検出値になまし処理を施して且つ、このなまし処理の出力値が所定値となることでリセット処理を施す。次に、図５を用いて、これらなまし処理及びリセット処理として最適な処理について考察する。図５（ａ）において、破線は、電流センサ５２の検出値そのものを示し、１点鎖線は、「１／２なまし処理」後の値を示し、実線は、「１／８なまし処理」後の値を示し、２点鎖線は、「１／１６なまし処理」後の値を示す。図示されるように、検出値の変化の緩和の度合いが過度に小さい場合（１／２なまし処理の場合）には、ノイズを十分に除去することができない。これに対し、緩和の度合いが過度に大きい場合（１／１６なまし処理の場合）には、電流の挙動が内燃機関１０の燃焼室の膨張及び圧縮の周期を適切に反映しなくなるおそれがある。こうした点を踏まえ、なまし処理における重み付け係数は、予めスタータ４０や内燃機関１０の仕様等に基づき適合しておく。

一方、図５（ｂ）には、リセットのスレッシュを様々に設定した際のなまし処理の出力値の挙動を示している。詳しくは、破線にて「−２００Ａ」とした場合を示し、１点鎖線にて「−３００Ａ」とした場合を示し、実線にて「−４００Ａ」とした場合を示し、２点鎖線にて「−５００Ａ」とした場合を示す。図示されるように、リセットのスレッシュを、「−２００Ａ〜−５００Ａ」の範囲で変化させても極大値や極小値の算出には影響を及ぼさない。このため、クランキング時のバッテリ３０の充電電流の極小値として取り得ない小さい値（放電電流の極大値として取り得ない大きい値）にするという条件下、ある程度自由度を有してリセットのスレッシュを設定することができる。

図６に、上記なまし処理及びリセット処理を利用したクランキング時のクランク軸１２の回転速度の算出処理の手順を示す。この処理は、電池ＥＣＵ６０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理においては、まずステップＳ１０において、クランキング時であるか否かを判断する。この処理は、ユーザがスタータスイッチをオンとしたか否かを判断する処理とすればよい。そしてクランキング時であると判断される場合、ステップＳ１２において、クランキング時の回転速度の算出が完了した旨を示す回転速度算出完了フラグが未だオフであるか否かを判断する。そして、オフであると判断される場合には、回転速度を算出すべく、ステップＳ１４において、スタータ４０を流れる電流をサンプリングする。詳しくは、電流センサ５２の検出値をサンプリングする。続くステップＳ１６においては、今回のサンプリング値に基づき、「１／８なまし処理」によって今回の電流値を算出する。続くステップＳ１８においては、リセット処理がなされた旨を示すリセットフラグがオンであるか否かを判断する。

ステップＳ１８においてリセットフラグがオフであると判断される場合、未だリセット処理がなされていないことから、リセット処理を行うタイミングを監視すべくステップＳ２０に移行する。ステップＳ２０においては、なまし処理後の電流値（バッテリ３０の充電電流値）が閾値電流Ｉｔｈ以上であるか否かを判断する。この処理は、リセット処理を行うタイミングであるか否かを判断するためのものである。そして、閾値電流Ｉｔｈ以上であると判断される場合、ステップＳ２２においてリセット処理を行うとともに、リセットフラグをオンとする。

一方、上記ステップＳ１８においてリセットフラグがオン状態であると判断される場合には、ステップＳ２４において、なまし処理の出力値の極大点か極小点が規定数以上であるか否かを判断する。この処理は、回転速度を算出するのに適切な数の極大点(極小点)が現れたか否かを判断するものである。ここで、規定数は、「２」以上の数とする。そして、規定数以上と判断される場合には、ステップＳ２６において、電流値の極大点間の間隔(極小点間の間隔)に基づき、回転速度を算出する。ここで、極大点(極小点)の数が「２」である場合には、「７２０／｛(気筒数)・（時間間隔）｝」にて回転速度を算出すればよい。また、規定数が「３」以上である場合には、各間隔から算出される回転速度の平均値を最終的な回転速度として算出すればよい。そして、回転速度の算出が完了すると、ステップＳ２８において、回転速度算出完了フラグをオンとして且つリセットフラグをオフとする。

なお、上記ステップＳ１０、Ｓ１２、Ｓ２０、Ｓ２４において否定判断される場合や、ステップＳ２２，Ｓ２８の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

図７に、上記回転速度の算出に基づきなされる内燃機関１０の将来の始動可能性の予測に関する処理の手順を示す。この処理は、電池ＥＣＵ６０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ３０において、クランキング時における電流の検出値に基づき、スタータ４０のトルクと、そのときのクランク軸１２の回転速度とを算出する。ここで、クランク軸１２の回転速度の算出に関する処理は、先の図６に示したものである。一方、トルクの算出は、図８に示すマップを用いて行う。図８に示すマップは、スタータ４０を流れる電流及びスタータ４０の温度とスタータ４０のトルクとの関係を示すものである。ここで、本実施形態では、スタータ４０の温度を検出する専用の検出手段を備えないため、バッテリ３０の温度を検出する温度センサ５４の検出値にて代用する。なお、上記マップを作成する際には、スタータ４０の電流とトルクとの関係を定める代わりに、バッテリ３０の放電電流とトルクとの関係を定めるようにすることが望ましい。これにより、クランキング時のバッテリ３０の放電電流とスタータ４０を流れる電流とのずれを考慮してマップを作成することができる。

上記ステップＳ３０の処理が完了する場合、先の図７に示すステップＳ３２において、上記ステップＳ３０にて算出された回転速度及びトルクの算出値のうちの、同一温度領域における算出値の数が規定数以上となるか否かを判断する。この処理は、回転速度とトルクとの関係を定める曲線として内燃機関１０のフリクションを定量化するのに十分な算出値があるか否かを判断するためのものである。ここで、同一温度領域にある算出値の数を問題とするのは、内燃機関１０のフリクションが温度に応じて変化するためのである。なお、ここでは、バッテリ３０の温度を検出する温度センサ５４の検出値によって内燃機関１０の温度を代用すればよい。これは、内燃機関１０の燃焼制御がなされていない場合には、バッテリ３０の温度と内燃機関１０の温度とは略等しいと考えられることを根拠としている。

上記ステップＳ３２において規定数以上であると判断される場合、ステップＳ３４において、クランキング時の回転速度とトルクとの関係を示す曲線であるフリクションカーブを作成する。ここでは、上記ステップＳ３０において算出される回転速度及びトルクの算出値群のうち同一温度領域にあるものを用いて、例えば、回転速度及びトルクの一方を説明変数、他方を目的変数とする単回帰式を作成する。図９に、こうして作成されるフリクションカーブを例示する。

続くステップＳ３８においては、ＳＯＣに基づき、スタータ４０のトルクと内燃機関１０の回転速度との関係を示すＴ−Ｎカーブを作成する。図１０に、Ｔ−Ｎカーブを例示する。Ｔ−Ｎカーブは、スタータ４０及びバッテリ３０間のループ回路内の起電力及び抵抗による電圧降下から回転速度及びトルクの関係を定めるものであり、図１１に示すモデルに基づき算出される。図１１においては、バッテリ３０の開放端電圧Ｖ０、スタータ４０の誘起電圧Ｖｍ、バッテリ３０の内部抵抗Ｒｂ，スタータ４０の内部抵抗Ｒｓ、バッテリ３０及びスタータ４０間の配線抵抗Ｒｖとしている。このモデルによれば、スタータ４０に流れる電流Ｉを用いて以下の関係が成立する。
Ｖ０＝Ｉ・（Ｒｂ＋Ｒｖ＋Ｒｓ）＋Ｖｍ …（ｃ１）
上記の式（ｃ１）において、スタータ４０のフィールド磁界の磁束密度Ｂ、磁界を横切る長さＬ、及び回転速度Ｎを用いて「Ｖｍ＝ＢＬＮ」が成り立つことから、以下の式（ｃ２）が導ける。
Ｖ０＝Ｉ・（Ｒｂ＋Ｒｖ＋Ｒｓ）＋Ｂ・Ｌ・Ｎ …（ｃ２）
一方、スタータ４０のトルクは、下記の式（ｃ３）にて表現できる。
Ｔ＝Ｂ・Ｌ・Ｉ …（ｃ３）
上記の式（ｃ２）及び（ｃ３）から電流Ｉを消去することで、下記の式（ｃ４）が導ける。
Ｔ＝（Ｖ０−Ｂ・Ｌ・Ｎ）Ｂ・Ｌ／（Ｒｂ＋Ｒｖ＋Ｒｓ）
＝（Ｖ０−Ｂ・Ｌ・Ｎ）Ｂ・Ｌ／Ｒ …（ｃ４）
上記の式（ｃ４）がＴ−Ｎカーブであり、抵抗値Ｒと開放端電圧Ｖ０とを求めることで、Ｔ−Ｎカーブを予測することができる。ここで、配線抵抗Ｒｖと内部抵抗Ｒｓとについては、温度特性を考慮して、図１２（ａ）に示す温度と抵抗Ｒｖ＋Ｒｓとの関係を示すマップに基づき、これら２つの抵抗値の和を算出する。一方、バッテリ３０の内部抵抗Ｒｂについては、温度依存性のみならずＳＯＣ依存性を考慮して、図１２（ｂ）に示すＳＯＣ及び温度と内部抵抗Ｒｂとの関係を定めるマップを用いて内部抵抗Ｒｂを算出する。更に、開放端電圧Ｖ０は、バッテリ３０の分極電圧Ｖｐ、バッテリ３０の端子電圧Ｖｂを用いて「Ｖ０＝Ｖｂ−Ｒｂ・Ｉ−Ｖｐ」と表現できることに鑑み、分極電圧Ｖｐを図１３に示すマップを用いて算出することで算出する。図１３には、ＳＯＣ及び温度と分極電圧Ｖｐとの関係を定めるマップを示している。

こうしてＴ−Ｎカーブを予測すると、先の図７に示すステップＳ３８において、上記ステップＳ３４において作成されたフリクションカーブとステップＳ３６にて予測されたＴ−Ｎカーブとの交点を算出する。この交点は、現時点で内燃機関１０を始動させたとした場合のクランキング時の回転速度の予測値となる。すなわち、上記フリクションカーブが現在の内燃機関１０のフリクションからクランキング時の回転速度とトルクとの間に想定される関係を示す一方、Ｔ―Ｎカーブがバッテリ３０の現在の状態に基づき回転速度とトルクとの間に想定される関係を示すため、これらの交点は、現時点でのクランキング時の回転速度として想定される値となる。なお、上記フリクションカーブとしては、現在の温度を含む温度領域のものを用いる。

続くステップＳ４０においては、上記交点の回転速度が下限速度Ｎｍｉｎ以上であるか否かを判断する。ここで、下限速度Ｎｍｉｎは、内燃機関１０の始動性を良好に保つことのできる速度の下限値に基づき設定されるものである。そして、下限速度Ｎｍｉｎ以上であると判断される場合には、ステップＳ４２において、始動可能であると判断する。一方、下限速度Ｎｍｉｎ未満であると判断される場合には、ステップＳ４４において、始動不可能であると判断する。なお、始動不可能と判断される場合には、先の図１に示す表示器６２を介してユーザにその旨を通知する。

なお、上記ステップＳ３２において否定判断される場合や、ステップＳ４２，Ｓ４４の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）電流センサ５２の検出値の周期的な増減に基づき、内燃機関１０のクランキング時の回転速度を算出した。これにより、電圧の周期的な変動を利用する場合と比較して、ＳＯＣの変動による影響を受けにくいため、回転速度をより適切に算出することができる。

（２）回転速度の算出に先立ち、電流センサ５２の検出値になまし処理を施して且つ、このなまし処理の出力値が規定値となることで、なまし処理を一旦リセットした。これにより、スタータ起動直後の大電流の影響を好適に除去することができ、ひいては、回転角度の算出精度を高めることができる。

（３）電流センサ５２の検出値に基づき算出されるトルクとそのときの回転速度に基づき、内燃機関のフリクション等、内燃機関１０の回転を妨げる状態を把握することで、内燃機関１０の始動可能性を予測した。これにより、内燃機関１０の始動可能性を適切に予測することができる。特に、スタータ４０のトルクを算出するために利用するパラメータである電流値に基づき回転速度を算出するために、同一の電気的な状態量によって、回転速度及びトルクの双方を算出することができる。更に、これら処理を、電池ＥＣＵ６０単体で行うことができるため、予測にかかる処理を簡易且つ適切に行うことができる。

（４）フリクションカーブとＴ−Ｎカーブとの交点に基づき、内燃機関１０のクランキングに伴う回転速度を予測し、この速度と下限速度Ｎｍｉｎとの比較に基づき、内燃機関１０の始動成功の可能性を予測した。これにより、クランキングに伴う回転速度を好適に予測することができ、ひいては、始動可能性を適切に予測することができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、スタータ４０を用いることなく内燃機関１０の燃焼制御によって、内燃機関１０の自動始動制御を行う。この場合には、内燃機関１０の自動停止制御に際してのクランク軸１２の最終的な回転角度(停止位置)を目標値に高精度に制御することが望まれる。しかし、停止制御時には、スロットルバルブや燃料噴射弁等のアクチュエータの操作が制限され、また、クランク軸１２に負荷トルクを付与する発電装置２０の発電量も制限される。このため、クランク軸１２の回転を制御する上記各種アクチュエータ(発電装置２０を含む)の操作量を高精度に適合することが要求される。この適合は、内燃機関１０のフリクションにも依存する。しかし、内燃機関１０の経年変化等により、適合時のフリクションと現在のフリクションとが相違する場合には、操作量の適合値が適切なものとならないおそれがある。

そこで本実施形態では、内燃機関１０のフリクションを定量化し、これに基づき、内燃機関１０の自動停止制御を行う。以下、これについて詳述する。

図１４に、内燃機関１０のフリクションの定量化にかかる処理の手順を示す。この処理は、電池ＥＣＵ６０によって例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図１４において、先の図７に示した処理と同一の処理については、便宜上同一の符号を付している。

この一連の処理では、先の図７同様、ステップＳ３４の処理が完了すると、ステップＳ５０において、フリクション定量値ＦＥを算出する。ここでは、ステップＳ３２において作成されるフリクションカーブにおいて回転速度Ｎが規定速度Ｘとなる点におけるトルク値をフリクション定量値ＦＥとする。こうして定量化されたフリクション定量値ＦＥは、その値が大きいほど、内燃機関１０のフリクションが大きいことを意味する。これは、内燃機関１０のフリクションが大きいほど、同一の回転速度とするために要求されるスタータ４０のトルクが大きくなることによる。なお、ステップＳ５０の処理が完了する場合や、ステップＳ３２において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。

図１５に、上記フリクション定量値ＦＥに基づく内燃機関１０の自動停止制御の処理手順を示す。この処理は、エンジンＥＣＵ５０によって例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ６０において、内燃機関１０の自動停止条件成立時であるか否かを判断する。この条件は、周知のアイドルストップ実行条件に基づき設定すればよい。そして、自動停止条件が成立すると判断される場合、ステップＳ６２において、電池ＥＣＵ６０の算出するフリクション定量値ＦＥを取得する。続くステップＳ６４においては、フリクション定量値ＦＥに基づき内燃機関１０の自動停止制御を行う。ここでは、クランク軸１２の最終的な回転角度(最終的な停止位置)を目標値に制御すべく、スロットルバルブや燃料噴射弁、発電装置２０等のクランク軸１２の回転を制御するアクチュエータを操作するに際し、その操作量をフリクション定量値ＦＥに応じて設定する。ここで、クランク軸１２(又はピストン)の最終的な停止位置の制御の詳細については、例えば特開２００５−３１５２０２号公報に記載されたものとすればよい。

なお、上記ステップＳ６４の処理が完了する場合や、ステップＳ６０において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）、（２）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（５）クランキング時の電流値に基づき、スタータ４０のトルクと、内燃機関１０の回転速度とを算出し、これらに基づき内燃機関１０のフリクションをフリクション定量値ＦＥとして定量化した。これにより、内燃機関１０のフリクションを好適に定量化することができる。

（６）フリクション定量値ＦＥに基づき、内燃機関１０を自動的に停止させる制御を行った。これにより、内燃機関１０のフリクションの変化にかかわらず、自動停止制御を好適に行うことができる。

(第３の実施形態)
以下、第３の実施形態について、先の第２の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、フリクション定量値ＦＥを用いて、内燃機関１０のフリクションが増大していると判断される場合に、ユーザにその旨通知する処理を行う。

図１６に本実施形態にかかるフリクション増大通知に関する処理手順を示す。この処理は、電池ＥＣＵ６０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ７０において、フリクション定量値ＦＥが閾値Ｆｍａｘ以上であるか否かを判断する。ここで、閾値Ｆｍａｘは、内燃機関１０の円滑な運転を行うことのできるフリクションの最大値に応じて設定されている。そして、閾値Ｆｍａｘ以上であると判断される場合、フリクションの増大に起因して内燃機関１０の円滑な運転が妨げられるおそれがあるとして、ステップＳ７２に移行する。この判断は、フリクション定量値ＦＥが、内燃機関１０のフリクションが大きいほど大きい値となることを根拠としている。

ステップＳ７２においては、先の図１に示した表示器６２を通じて、ユーザにフリクションが増大した旨を通知する。具体的には、フリクションの増大が内燃機関１０の潤滑油(エンジンオイル)の劣化によるケースが多いことに鑑みれば、エンジンオイルの交換を奨励する通知としてもよい。

なお、上記ステップＳ７２の処理が完了する場合や、ステップＳ７０において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）、（２）の効果や、先の第２の実施形態の上記（５）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（７）フリクション定量値ＦＥを利用することで、ユーザに内燃機関１０のフリクションの増大を通知することができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・クランキング時における内燃機関１０の回転速度を算出する手法としては、先の図６にて例示したものに限らない。例えば、極大点間の間隔と、極小点間の間隔との双方から回転速度を算出してもよい。

・極大点や極小点を特定するに先立ち電流値の変化を緩和する緩和手段としては、上記「１／８なまし処理」を行うものに限らず、加重平均処理の重み係数は、内燃機関１０やスタータ４０の仕様等に応じて適宜変更してよい。また、緩和手段としては、加重平均処理を行うものに限らず、例えば移動平均処理を行うものであってもよい。また、ディジタルフィルタ処理を行うものにも限らず、例えばＲＣフィルタ等であってもよい。この際、スタータ４０を流れる電流の現在までの複数の検出値に基づき現在の電流値を算出するものであるなら、回転速度を高精度に算出する観点から電流値に基づきリセット処理を行うことが望ましい。このため、電流値に基づき回転速度を算出することが特に有効である。

・上記各実施形態では、クランキング時における電流の検出値及び温度に基づき、スタータ４０のトルクを推定したが、電流の検出値のみによっても簡易的にトルクを推定することはできる。

・先の図７では、Ｔ−Ｎカーブを算出するためにバッテリ３０の開放端電圧Ｖ０を推定するに際し、クランキング時のバッテリ３０の内部抵抗Ｒｂを用いたが、これに限らず、開放端電圧Ｖ０推定時の内部抵抗Ｒｂを用いてもよい。また、ＳＯＣ等と開放端電圧Ｖ０とを関係付けるマップを予め作成しておいて、これを利用するようにしてもよい。

・内燃機関１０の始動成功の可能性を予測する予測手段としては、上記Ｔ−Ｎカーブとフリクションカーブとの交点に基づくものに限らない。例えば、Ｔ−Ｎカーブによって所定のトルク値に応じた回転速度を予測し、これを規定回転速度（下限速度Ｎｍｉｎ）と比較するに際し、所定のトルク値を、フリクション定量値ＦＥに応じて可変設定するようにしてもよい。更に、フリクション定量値ＦＥから内燃機関１０のフリクションが規定値以上であるか否かに基づき、始動が不可能であるか否かを予測するようにしてもよい。

・上記第２の実施形態では、回転速度Ｎが規定速度Ｘとなる際のフリクションカーブによるトルク値によって、フリクションを定量化したがこれに限らない。例えば、トルクが規定トルクとなる際のフリクションカーブによる回転速度の値によって、フリクションを定量化してもよい。また、フリクションカーブを作成することなく、回転速度及びトルクとフリクションとを関係付けるマップを予め作成しておくことで、これを利用するようにしてもよい。

・上記実施形態では、スタータ４０に流れる電流を、バッテリ３０の放電電流にて代用したがこれに限らず、スタータ４０の電流を検出する専用の検出手段の検出結果としてもよい。

・スタータ４０に流れる電流の検出値の変化を緩和手段にて緩和処理するに際し、リセット処理を行わなくても、クランキングに際しての回転速度を算出することはできる。

・内燃機関１０の出力軸に初期回転を付与する電動機としては、スタータ４０に限らない。例えば、内燃機関１０の自動停止再始動装置を搭載するものにあっては、スタータ４０とは別に再始動時に出力軸に初期回転を付与して且つ回生制御をも行うモータジェネレータを搭載するものがある。この場合、内燃機関１０の出力軸に初期回転を付与する電動機を、このモータジェネレータとして、再始動時にこれに流れる電流に基づき内燃機関１０の回転速度を算出してもよい。

・バッテリ３０としては、鉛電池に限らず、例えばニッケル水素電池であってもよい。

・内燃機関としては、ポート噴射式の火花点火式内燃機関に限らず、例えば筒内噴射式の火花点火式内燃機関であってもよい。更に、ディーゼル機関等、圧縮着火式内燃機関であってもよい。

第１の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかる内燃機関の回転速度の算出手法を説明するためのタイムチャート。 同実施形態にかかる内燃機関の回転速度の算出手法を説明するためのタイムチャート。 電流に基づく回転速度の算出と電圧に基づく回転速度の算出を比較するためのタイムチャート。 上記実施形態にかかる内燃機関の回転速度の算出手法を説明するためのタイムチャート。 同実施形態にかかる回転速度の算出処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる内燃機関の始動可否予測の処理手順を示す流れ図。 同実施形態にかかるスタータのトルクの推定手法を示す図。 同実施形態にかかるフリクションカーブの算出手法を示す図。 同実施形態にかかるクランキング時の回転速度の予測手法を示す図。 バッテリ及びスタータ間の閉ループ回路の等価回路図。 上記実施形態にかかる各種抵抗値の推定手法を示す図。 同実施形態にかかる分極電圧の推定手法を示す図。 第２の実施形態にかかるフリクションの定量化の処理手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる内燃機関の自動停止の処理手順を示す流れ図。 第３の実施形態にかかるフリクションの増大の有無の判断処理の手順を示す流れ図。

符号の説明

１０…内燃機関、２０…発電装置、３０…バッテリ(給電手段の一実施形態)、４０…スタータ(電動機の一実施形態)、５２…電流センサ、５６…電圧センサ、６０…電池ＥＣＵ（内燃機関の回転速度算出装置の一実施形態）。

Claims (7)

1. 内燃機関の出力軸に初期回転を付与する電動機について、これを流れる電流の検出値の急激な変化を緩和する緩和手段と、
   該緩和手段の出力としての前記電流値に基づき、前記内燃機関のクランキング時の回転速度を算出する手段と、
   前記電流値が急増した後、規定値以下に減少することで、前記緩和する処理を一旦リセットするリセット手段とを備えることを特徴とする内燃機関の回転速度算出装置。
2. 内燃機関の出力軸に初期回転を付与する電動機について、これに流れる電流値を入力とし、前記電流値の周期的な増減に基づき、前記内燃機関のクランキング時の回転速度を算出する回転速度算出装置と、
   前記電流値に基づき、前記電動機のトルクを算出するトルク算出手段と、
   前記算出されるトルク及び前記算出される回転速度に基づき、前記内燃機関の始動可能性を予測する予測手段とを備えることを特徴とする内燃機関の始動状態予測装置。
3. 前記予測手段は、前記算出されるトルク及び前記算出される回転速度に基づき、前記内燃機関の将来のクランキングに際しての回転速度を予測する手段を備え、該予測される回転速度と、前記内燃機関のクランキングに要求される規定回転速度との比較に基づき、前記内燃機関の始動成功の可能性を予測することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の始動状態予測装置。
4. 前記予測手段は、前記算出される回転速度についての前記内燃機関の複数回のクランキングに際しての値及びその際のトルクに基づき、前記電動機のトルク及び回転速度の関係を示す曲線を定める手段と、前記電動機の給電手段の充電状態に基づき、前記電動機の回転速度及び前記電動機のトルクの関係を定める曲線を予測する手段と、これら２つの曲線の交点に基づき、前記内燃機関のクランキングに伴う回転速度を予測する手段とを備えることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の始動状態予測装置。
5. 前記回転速度算出装置は、
   前記電動機を流れる電流の検出値の急激な変化を緩和する緩和手段と、
   該緩和手段の出力としての前記電流値に基づき、前記回転速度を算出する手段と、
   前記電流値が急増した後、規定値以下に減少することで、前記緩和する処理を一旦リセットするリセット手段と、
   を備えることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の始動状態予測装置。
6. 内燃機関の出力軸に初期回転を付与する電動機について、これに流れる電流値を入力とし、前記電流値の周期的な増減に基づき、前記内燃機関のクランキング時の回転速度を算出する回転速度算出装置と、
   前記電流値に基づき、前記電動機のトルクを算出するトルク算出手段と、
   前記算出されるトルク及び前記算出される回転速度に基づき、前記内燃機関のフリクションを定量化するフリクション定量化手段とを備えることを特徴とする内燃機関のフリクション定量化装置。
7. 請求項６記載の内燃機関のフリクション定量化装置と、
   前記内燃機関の自動停止条件が成立する場合、前記定量化されるフリクションに基づき、前記内燃機関を自動的に停止させるに際して前記内燃機関の回転角度を所定角度に固定させる制御を行う自動停止制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関の自動停止制御装置。