JP6213413B2 - アイドルストップ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、アイドルストップ制御装置に関し、特に、手動変速機を備える車両のアイドルストップ制御装置に関する。

車両には、燃費の向上、排出ガスの削減などを図るため、交差点などでの停車時に、自動停止条件が成立したとき内燃機関を停止させ、その後、再始動条件が成立したとき内燃機関を再始動させるアイドルストップ機能を搭載することが行われている。

特許文献１には、アイドルストップからの再始動時に、内燃機関の回転数に基づいて内燃機関の燃料噴射及び火花点火を開始したり、内燃機関の始動完了を検出したりすることが記載されている。

特開２００４−１８３５７１号公報

しかしながら、手動変速機を備える車両においては、停車時にはクラッチが遮断されているため、手動変速機のインプットシャフトとクランクシャフトの回転数が同期しない。
そのため、手動変速機を備える車両において、アイドルストップからの内燃機関の再始動時に、特許文献１のように、内燃機関の回転数すなわちクランクシャフトの回転数のみに基づいて内燃機関の燃料噴射及び火花点火を開始する始動時期を制御すると、以下の問題が生じる。

すなわち、クランクシャフトの回転数が上昇していても、クラッチにおけるクランクシャフトからインプットシャフトへの回転の伝達が十分ではない状態では、インプットシャフトとクランクシャフトの回転数に差が生じる。この状態で内燃機関を始動させると、クランクシャフトからインプットシャフトに十分に回転が伝達されず、燃費を悪化させる恐れがある。

そこで、本発明は、アイドルストップから内燃機関を再始動させる際におけるクラッチでの回転の伝達のロスを減少させ、燃費の向上を図ることができるアイドルストップ制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するアイドルストップ制御装置の発明の一態様は、クランクシャフトを回転させて車両を駆動する内燃機関と、インプットシャフトから入力された回転をシフトレバーのシフト位置に対応する変速比で変速する手動変速機と、クラッチペダルの踏み込みによりクランクシャフトとインプットシャフトを伝達状態と遮断状態との間で切り替えるクラッチ機構と、クランクシャフトを回転可能に接続されたモータジェネレータと、を備えた車両のアイドルストップ制御装置であって、クランクシャフトの回転数を検出するクランクシャフト回転数センサと、インプットシャフトの回転数を検出するインプットシャフト回転数センサと、予め設定された内燃機関の再始動条件が成立すると、モータジェネレータによってクランクシャフトを回転させ、クランクシャフトの回転数とインプットシャフトの回転数とに基づいて内燃機関の始動を開始する再始動制御部と、を備えるものである。

このように本発明の一態様によれば、アイドルストップから内燃機関を再始動させる際におけるクラッチでの回転の伝達のロスを減少させ、燃費の向上を図ることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るアイドルストップ制御装置を示す図であり、その概念ブロック図である。 図２は、本発明の一実施形態に係るアイドルストップ制御装置を示す図であり、その再始動制御処理を説明するフローチャートである。 図３は、本発明の一実施形態に係るアイドルストップ制御装置を示す図であり、その再始動制御処理におけるタイムチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１において、本発明の一実施形態に係るアイドルストップ制御装置を搭載した車両１は、内燃機関型のエンジン２と、クラッチ機構３と、手動変速機４と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５とを含んで構成される。

エンジン２は、不図示のピストン、シリンダ、コネクティングロッド等を備え、ピストンがシリンダ内を２往復する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行うとともに、圧縮行程および膨張行程の間に点火を行う４サイクルの火花点火式内燃機関として構成されている。エンジン２には、図示しない燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタ２５と、燃焼室内の混合気に点火する点火プラグ２６とが気筒別に設けられている。

シリンダに収納されたピストンは、コネクティングロッドを介してクランクシャフト２１に連結されている。コネクティングロッドは、ピストンの往復運動をクランクシャフト２１の回転運動に変換するようになっている。

このエンジン２は、シリンダ内の燃焼室で燃料と空気との混合気を燃焼させることによりピストンを往復させ、コネクティングロッドを介して出力軸としてのクランクシャフト２１を回転させることにより車両１を走行させる駆動力を発生させるようになっている。

クランクシャフト２１には、例えば、ベルトを介してモータジェネレータ２２が動力伝達可能に接続されている。モータジェネレータ２２は、電力の供給を受けてモータとして動作してエンジン２の駆動をサポートするとともに、エンジン２を駆動源として発電機として動作するようになっている。モータジェネレータ２２により発電された電力は、バッテリ２４に蓄電されるようになっている。バッテリ２４に蓄電された電力は、モータジェネレータ２２を駆動させるためや車載されている電装品を作動させるために使用される。

モータジェネレータ２２は、ＥＣＵ５の制御により、エンジン２の始動時に電力を供給され、エンジン２のクランクシャフト２１を回転させてエンジン２の始動を行うスタータとして機能するようになっている。
クランクシャフト２１は、クラッチ機構３を介して手動変速機４の入力軸を構成するインプットシャフト４１に接続されている。

クラッチ機構３は、例えば乾式単板式の摩擦クラッチとして構成されており、クランクシャフト２１と一体的に回転する円板形状のフライホイール３１と、このフライホイール３１に対して圧着または離脱可能かつインプットシャフト４１と一体回転するクラッチディスク３２と、運転者により操作されるクラッチペダル３３と、を備えている。

このクラッチ機構３は、クラッチディスク３２がフライホイール３１に圧着され、エンジン２のクランクシャフト２１の回転を手動変速機４のインプットシャフト４１に同回転数で伝達する伝達状態と、クラッチディスク３２がフライホイール３１から離脱され、エンジン２のクランクシャフト２１から手動変速機４への回転の伝達を遮断する遮断状態と、の間で切り替わるようになっている。

すなわち、クラッチ機構３は、クラッチディスク３２がフライホイール３１に圧着されているときに伝達状態となり、クラッチディスク３２がフライホイール３１から離脱されているときに遮断状態となる。

このクラッチ機構３における伝達状態と遮断状態との間の状態の遷移は、クラッチペダル３３の踏み込み位置、すなわちクラッチストロークに対応している。
クラッチペダル３３が踏み込まれていない状態では、クラッチディスク３２がフライホイール３１に圧着されているため、クラッチ機構３は伝達状態となり、クランクシャフト２１の回転がインプットシャフト４１に伝達される。

一方、クラッチペダル３３が踏み込まれている状態では、クラッチディスク３２がフライホイール３１から離脱されているため、クラッチ機構３は遮断状態となり、クランクシャフト２１からインプットシャフト４１への回転の伝達が遮断される。
また、クラッチディスク３２がフライホイール３１に圧着されている状態と、クラッチディスク３２がフライホイール３１から離脱された状態の間では、クラッチディスク３２とフライホイール３１は完全に圧着されていない状態で、滑りながら摩擦によって回転を伝達する摩擦状態となる。この摩擦状態では、クラッチペダル３３の踏み込み位置に応じてクラッチディスク３２とフライホイール３１の間の摩擦力が変化し、クランクシャフト２１からインプットシャフト４１への回転の伝達度合も変化する。

このクラッチペダル３３の踏み込み位置により、クラッチペダルスイッチ３４は、クラッチ機構３が遮断状態か否かを検出する。クラッチペダルスイッチ３４は、フライホイール３１とクラッチディスク３２とが摩擦状態から離脱状態に移行する位置までクラッチペダル３３が踏み込まれると、クラッチ機構３が遮断状態となったことを表すオン信号を出力するようになっている。一方、運転者によりクラッチペダル３３が最大に踏み込まれた位置から戻され始め、フライホイール３１とクラッチディスク３２とが摩擦状態になると、クラッチペダルスイッチ３４から出力される信号が、オン信号からオフ信号に切り替わるようになっている。すなわち、クラッチペダルスイッチ３４は、本発明のクラッチペダル踏込検出部を構成する。

手動変速機４は、互いに異なる変速比を有する複数のギヤ段を備え、インプットシャフト４１から入力された回転を、複数のギヤ段のうちいずれかのギヤ段により変速して、不図示のアウトプットシャフトから出力するようになっている。

この手動変速機４は、運転者によるシフトレバー４２の操作に応じて、インプットシャフト４１とアウトプットシャフトとの間の回転伝達経路を切り替え、この回転伝達経路を構成するギヤ段に応じた変速比を選択するようになっている。

シフトレバー４２は、手動変速機４の所定の変速比に対応する１速〜５速位置と、手動変速機４におけるインプットシャフト４１とアウトプットシャフトとの間の回転の伝達を遮断するためのニュートラル位置と、インプットシャフト４１とアウトプットシャフトとの回転方向を互いに逆向きとし、車両１を後進させるためのリバース位置とのうちのいずれかの位置をとるようになっている。

シフトレバー４２の基部には、運転者によるシフトレバー４２の操作により選択されたシフト位置を検出するシフト位置検出センサ４４が設けられている。シフト位置検出センサ４４は、選択されたシフト位置を示す信号をＥＣＵ５に出力するようになっている。

本実施形態では、シフトレバー４２の操作パターンは通常のＨ型であり、図１では、１速〜５速位置をこれらに対応する数字で記すとともに、ニュートラル位置をＮ、リバース位置をＲと記している。このようなＨ型のシフトパターンでは、３速位置と４速位置の中間がニュートラル位置となっている。

本実施形態では、上述のように構成されたエンジン２は、ＥＣＵ５によってその運転状態が制御されるようになっている。ＥＣＵ５は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、入出力インターフェース等を備えるマイクロコンピュータを含んで構成されており、ＣＰＵは、ＲＡＭの一時記憶機能を利用するとともにＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行うようになっている。ＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等が予め記憶されている。

また、ＥＣＵ５の入力側には、前述したクラッチペダルスイッチ３４、シフト位置検出センサ４４、の他に、クランクシャフト回転数センサ２３、インプットシャフト回転数センサ４３等の各種センサ類が接続されている。クランクシャフト回転数センサ２３は、クランクシャフト２１の回転数を検出する。インプットシャフト回転数センサ４３は、インプットシャフト４１の回転数を検出する。

一方、ＥＣＵ５の出力側には、前述したモータジェネレータ２２等の各種装置が接続されている。
ＥＣＵ５は、予め設定された自動停止条件が成立するとエンジン２を停止させ、予め設定された再始動条件が成立するとエンジン２を再始動させるアイドリングストップ機能を制御するようになっている。

自動停止条件としては、例えば、車速が所定車速以下であること、シフト位置がニュートラルであること、ブレーキペダルが踏み込まれたこと、バッテリ２４の充電容量が所定値以上であること、などの全てが成立したことを条件とする。一方、再始動条件としては、例えば、クラッチペダル３３が戻されたこと、発進に適したシフト位置であること、ブレーキペダルの踏み込みがないこと、などの全てが成立したことを条件とする。ここで、発進に適したシフト位置とは、例えば、１速または２速位置のことである。

さらに、ＥＣＵ５は、再始動制御部５１を備えている。再始動制御部５１は、再始動条件が成立したことを条件とし、エンジン２を再始動させる制御を行う再始動制御処理を実行する。

再始動制御部５１は、クラッチペダル３３が戻されフライホイール３１とクラッチディスク３２とが摩擦状態になったこと、かつ、シフト位置が発進に適したシフト位置であること、を再始動条件としてエンジン２を再始動させる制御を開始する。
このようにすることで、発進に適したシフト位置以外のシフト位置でのエンジン２の再始動によるエンジンストールを防止することができる。

再始動制御部５１は、クラッチペダルスイッチ３４の出力信号がオン信号からオフ信号に切り替わったことで、フライホイール３１とクラッチディスク３２とが摩擦状態になったことを検出する。
また、再始動制御部５１は、シフト位置検出センサ４４の出力信号により運転者により選択されたシフト位置を検出する。

再始動制御部５１は、クラッチペダルスイッチ３４の出力信号がオン信号からオフ信号に切り替わった、かつ、シフト位置検出センサ４４の出力信号からシフト位置が１速位置または２速位置である、と判定した場合、モータジェネレータ２２を駆動させてクランクシャフト２１を回転させる。

このようにすることで、クラッチペダル３３が戻されてフライホイール３１とクラッチディスク３２とが摩擦状態になったタイミングでシフト位置が発進に適した１速位置または２速位置でなければモータジェネレータ２２は駆動されないため、無駄な電力消費を抑えることができる。

また、再始動制御部５１は、モータジェネレータ２２を駆動させ、クランクシャフト２１を回転させているときに、クラッチペダルスイッチ３４の出力信号がオフ信号からオン信号に切り替わったことを検出すると、モータジェネレータ２２の駆動を停止させる。
このようにすることで、発進意図がキャンセルされたと判断されたときにモータジェネレータ２２の駆動を停止させることができ、無駄な電力消費を抑えることができる。

また、再始動制御部５１は、クランクシャフト回転数センサ２３の検出するクランクシャフト２１の回転数と、インプットシャフト回転数センサ４３の検出するインプットシャフト４１の回転数と、が同期したことを条件として、エンジン２を始動させる。

再始動制御部５１は、クランクシャフト２１の回転数とインプットシャフト４１の回転数との差が、予め設定された上限同期閾値以下であり、かつ、予め設定された下限同期閾値以上である場合、クランクシャフト２１の回転数とインプットシャフト４１の回転数が同期したと判定する。ここで、上限同期閾値及び下限同期閾値は、予め実験的に求められ、ＥＣＵ５のＲＯＭに記憶されている。

再始動制御部５１は、インジェクタ２５に燃料を噴射させ、点火プラグ２６による混合気の点火を開始させてエンジン２を始動させる。
このようにすることで、フライホイール３１とクラッチディスク３２とが摩擦状態になった半クラッチ状態で車両１が発進し、クランクシャフト２１の回転数とインプットシャフト４１の回転数が同期したときにエンジン２の始動が開始され、急激なトルクショックによるエンジンストールを防止する効果が期待できる。

また、半クラッチ状態での車両１の発進時、エンジン２の動力ではなく、モータジェネレータ２２により車両１を駆動しているため、エンジン２での燃料消費を無くし、燃費の向上を図ることができる。

再始動制御部５１は、エンジン２の始動を開始すると、モータジェネレータ２２の駆動を停止させる。そして、再始動制御部５１は、エンジン２の始動が完了したと判定すると、モータジェネレータ２２に発電を行わせる。なお、再始動制御部５１は、エンジン２の始動の完了を、例えば、エンジン２の回転数が所定の回転数以上になったことにより判定する。

以上のように構成された本実施形態に係るアイドルストップ制御装置による再始動制御処理について、図２を参照して説明する。なお、以下に説明する再始動制御処理は、アイドルストップ機能によりエンジン２が自動停止されると同時に開始される。

まず、再始動制御部５１は、クラッチペダルスイッチ３４の出力信号がオン信号であることを確認してから、クラッチペダルスイッチ３４の出力信号がオン信号からオフ信号に替わったことを検出する（ステップＳ１１、Ｓ１２）。

なお、再始動制御部５１は、ステップＳ１１においてクラッチペダルスイッチ３４の出力信号がオン信号であることが確認できなければ、確認できるまで処理を繰り返す。また、再始動制御部５１は、ステップＳ１２においてクラッチペダルスイッチ３４の出力信号がオン信号からオフ信号に変わったことを検出できなければ、検出できるまで処理を繰り返す。

ステップＳ１１、Ｓ１２において、クラッチペダルスイッチ３４の出力信号がオン信号からオフ信号に変わったことを検出した場合、再始動制御部５１は、シフト位置検出センサ４４の出力信号からシフト位置が発進に適したシフト位置である１速位置または２速位置であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。シフト位置が１速位置または２速位置ではないと判定した場合、再始動制御部５１は、ステップＳ１１に戻って、クラッチペダルスイッチ３４の出力信号がオン信号からオフ信号に変わることを待つ。

一方、シフト位置が１速位置または２速位置であると判定した場合、再始動制御部５１は、モータジェネレータ２２を駆動させる（ステップＳ１４）。そして、再始動制御部５１は、クラッチペダルスイッチ３４の出力信号がオン信号であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。クラッチペダルスイッチ３４の出力信号がオン信号であると判定した場合、再始動制御部５１は、モータジェネレータ２２の駆動を停止させ（ステップＳ１６）、ステップＳ１１に戻って、クラッチペダルスイッチ３４の出力信号がオン信号からオフ信号に変わることを待つ。

一方、クラッチペダルスイッチ３４の出力信号がオン信号ではないと判定した場合、再始動制御部５１は、クランクシャフト２１の回転数とインプットシャフト４１の回転数との差が上限同期閾値以下、かつ、下限同期閾値以上の所定範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。クランクシャフト２１の回転数とインプットシャフト４１の回転数との差が所定範囲内でないと判定した場合、再始動制御部５１は、ステップＳ１５に戻って、クランクシャフト２１の回転数とインプットシャフト４１の回転数との差が所定範囲内になるのを待つ。

一方、クランクシャフト２１の回転数とインプットシャフト４１の回転数との差が所定範囲内であると判定した場合、再始動制御部５１は、インジェクタ２５に燃料を噴射させ、点火プラグ２６による混合気の点火を開始させてエンジン２を始動させて（ステップＳ１８）、処理を終了する。

以上のように説明した本実施形態のアイドルストップ制御装置の作用について、図３を参照して説明する。なお、クラッチ係合度とは、フライホイール３１とクラッチディスク３２との摩擦状態におけるクラッチ機構３の回転の伝達度を示すものである。クラッチ係合度は、例えば、離脱状態から圧着状態の間のクラッチペダル３３の移動量に対する離脱状態開始位置からのクラッチペダル３３の移動量の割合で示される。すなわち、圧着状態はクラッチ係合度１００％で、離脱状態はクラッチ係合度０％となる。
図３に示すように、Ｔ１において再始動条件が成立すると、中段の「モータジェネレータの動作」に示すように、モータジェネレータ２２はモータとして駆動を開始する。モータジェネレータ２２が駆動を開始すると、上段のグラフに示すように、クランクシャフト回転数が上昇を始め、クラッチ係合度が上昇するのに連動して、インプットシャフト回転数も上昇していく。

そして、クラッチ係合度が上昇し、クランクシャフト回転数とインプットシャフト回転数の差が所定範囲内になったＴ２において、下段の「エンジンの状態」に示すように、エンジン２が始動される。このように、クランクシャフト２１の回転数とインプットシャフト４１の回転数が同期したときにエンジン２の始動が開始され、クラッチ機構３での回転の伝達のロスを減少させ、燃費の向上を図ることができるとともに、速やかな発進加速を実現することができる。

エンジン２が始動されると同時に、中段の「モータジェネレータの動作」に示すように、モータジェネレータ２２は停止される。そして、エンジン回転数が所定回転数以上となったＴ３において、エンジン２の始動が完了したと判定され、モータジェネレータ２２は発電を行うように制御される。

このように、上述の実施形態のアイドルストップ制御装置では、クランクシャフトの回転数を検出するクランクシャフト回転数センサ２３と、インプットシャフトの回転数を検出するインプットシャフト回転数センサ４３と、予め設定された再始動条件が成立すると、モータジェネレータ２２を駆動してクランクシャフト２１を回転させ、クランクシャフト２１の回転数とインプットシャフト４１の回転数の差が所定範囲内になったときエンジン２の始動を開始する再始動制御部５１と、を備える。

これにより、クランクシャフト２１の回転数とインプットシャフト４１の回転数の差が所定範囲内になり同期したと判断されたときエンジン２の始動が開始される。このため、クラッチ機構３での回転の伝達のロスを減少させ、燃費の向上を図ることができる。また、速やかな発進加速を実現することができる。

また、シフトレバー４２のシフト位置を検出するシフト位置検出センサ４４と、クラッチ機構３が遮断状態であることを検出するクラッチペダルスイッチ３４と、を備え、再始動制御部５１は、シフト位置が発進に適したシフト位置であること、かつ、クラッチ機構３が遮断状態でないこと、を再始動条件とする。

これにより、手動変速機搭載車の発進操作である、発進に適したギヤが選択されたことと、クラッチ機構３が接続されたことと、が検出されないとモータジェネレータ２２が駆動されないため、発進意図がない場合の無駄な電力消費を抑制することができる。

また、再始動制御部５１は、再始動条件が成立しモータジェネレータ２２によってクランクシャフト２１を回転させているときに、クラッチペダルスイッチ３４によりクラッチ機構３が遮断状態になったことを検出すると、モータジェネレータ２２を停止させる。

これにより、発進操作がキャンセルされた場合にモータジェネレータ２２の駆動が停止され、無駄な電力消費を抑えることができる。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１ 車両
２ エンジン（内燃機関）
３ クラッチ機構
４ 手動変速機
５ ＥＣＵ
２１ クランクシャフト
２２ モータジェネレータ
２３ クランクシャフト回転数センサ
３３ クラッチペダル
３４ クラッチペダルスイッチ（クラッチペダル踏込検出部）
４１ インプットシャフト
４２ シフトレバー
４３ インプットシャフト回転数センサ
４４ シフト位置検出センサ
５１ 再始動制御部

Claims (3)

1. クランクシャフトを回転させて車両を駆動する内燃機関と、
   インプットシャフトから入力された回転をシフトレバーのシフト位置に対応する変速比で変速する手動変速機と、
   クラッチペダルの踏み込みにより前記クランクシャフトと前記インプットシャフトを伝達状態と遮断状態との間で切り替えるクラッチ機構と、
   前記クランクシャフトを回転可能に接続されたモータジェネレータと、を備えた車両のアイドルストップ制御装置であって、
   前記クランクシャフトの回転数を検出するクランクシャフト回転数センサと、
   前記インプットシャフトの回転数を検出するインプットシャフト回転数センサと、
   予め設定された前記内燃機関の再始動条件が成立すると、前記モータジェネレータによって前記クランクシャフトを回転させ、前記クランクシャフトの回転数と前記インプットシャフトの回転数とに基づいて前記内燃機関の始動を開始する再始動制御部と、を備えるアイドルストップ制御装置。
2. 前記シフトレバーのシフト位置を検出するシフト位置検出センサと、
   前記クラッチ機構が遮断状態であることを検出するクラッチペダル踏込検出部と、を備え、
   前記再始動制御部は、前記シフト位置が発進に適したシフト位置であること、かつ、前記クラッチ機構が遮断状態でないこと、を前記内燃機関の再始動条件とする請求項１に記載のアイドルストップ制御装置。
3. 前記再始動制御部は、前記内燃機関の再始動条件が成立し前記モータジェネレータによって前記クランクシャフトを回転させているときに、前記クラッチペダル踏込検出部により前記クラッチ機構が遮断状態になったことを検出すると、前記モータジェネレータを停止させる請求項２に記載のアイドルストップ制御装置。
   

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