JP6295998B2 - 内燃機関の再始動制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の再始動を制御する制御装置に関する。
燃費改善を目指し、内燃機関（以下、エンジンと呼称）を停止して惰性走行を行うアイドリングストップコースティング技術が近年求められてきている。
特許文献１では、惰性走行時にエンジンの再始動要求があり、車両の駆動輪と接続されている出力軸の回転変化量が設定値よりも高かった場合には、内燃機関の出力軸にクラッチを結合させることで、走行中の車両が保有する駆動力により内燃機関の回転速度を上昇させ、エンジンを再始動させている（以下、押しがけと呼称）。また、出力軸の回転変化量が設定値よりも低かった場合には、スタータモータにてエンジンを始動させている。
特開２０１５−１４２３１号公報
このようなアイドリングストップコースティング技術が搭載された車両では、高速走行中にエンジンを停止させる状態が生じてしまうため、エンジンの再始動は確実に実施されることが求められる。しかし、特許文献１に記載されるような押しがけによるエンジンの再始動は確実なものといえず、また同様にスタータモータによるエンジンの再始動もまた確実なものとはいえないという問題がある。
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、その主たる目的は、惰性走行中に内燃機関の再始動を行う際、エンジンの再始動をより確実に実施させる始動制御装置を提供することにある。
本発明は、内燃機関と、前記内燃機関の出力軸に接続され、前記出力軸にトルクを付与することで前記内燃機関の回転速度を上昇させる電動機と、駆動輪と、前記内燃機関の出力軸と前記駆動輪との動力伝達を断接するクラッチ装置と、を備える車両に適用される再始動制御装置であって、前記車両が惰性走行を実施する実施条件の成立を判定する実施条件判定手段と、前記実施条件判定手段により前記実施条件の成立が判定された場合に、前記内燃機関への燃料供給を停止するとともに前記クラッチ装置を遮断状態にして前記車両を惰性走行させる惰性走行手段と、前記惰性走行中に、前記内燃機関の再始動を行う再始動条件が成立したことを判定する再始動条件判定手段と、前記クラッチ装置を接続状態にして、前記惰性走行により発生している駆動力で前記内燃機関の回転速度を上昇させたのちに、前記内燃機関への燃料供給を再開させて始動を行う押しがけ手段と、前記電動機により前記内燃機関の回転速度を上昇させたのちに、前記内燃機関への燃料供給を再開させて始動を行う始動手段と、前記再始動条件判定手段により前記再始動条件が成立したことが判定された場合に、前記押しがけ手段及び前記始動手段の一方により前記内燃機関を始動させ、前記内燃機関が始動されなかった場合に他方により前記内燃機関を始動させる二重始動手段と、を備えることを特徴とする。
上記構成によれば、内燃機関と、駆動輪と、内燃機関の出力軸と駆動輪との動力伝達を断接するクラッチ装置と、内燃機関の出力軸にトルクを付与することで内燃機関の回転速度を上昇させる電動機とを有した車両に適用される再始動制御装置である。この再始動制御装置には、実施条件判定手段が備わっており、この実施条件判定手段により車両が惰性走行を実施する実施条件が成立したかが判定される。実施条件が成立したと判定された場合には、惰性走行手段により内燃機関への燃料供給を停止するとともにクラッチ装置を遮断状態にして車両を惰性走行状態とさせる。そして、車両が惰性走行中に、再始動条件判定手段により内燃機関の再始動を行う再始動条件が成立したかが判定される。
本再始動制御装置は、惰性走行時に内燃機関の再始動を実施する際、二つの手段で再始動を試みる。一つは、クラッチ装置を接続して、惰性走行により発生している駆動力で内燃機関の回転速度を上昇させたのちに、内燃機関への燃料供給を再開させて始動を行う押しがけ手段である。もう一つは、電動機により内燃機関の回転速度を上昇させたのちに、内燃機関への燃料供給を再開させて始動を行う始動手段である。このような構成において、再始動条件判定手段により再始動条件が成立したことが判定された場合に、二重始動手段は押しがけ手段及び始動手段の一方により内燃機関を始動させ、内燃機関が始動されなかった場合に他方により内燃機関を始動させる。このように、内燃機関の再始動を二重に試みることで、内燃機関の再始動をより確実に実施することが可能となる。
本実施形態にかかる車両の全体構成を示す図。 本実施形態にかかるＥＣＵにより実行される制御フローチャートである。 別例にかかるＥＣＵにより実行される制御フローチャートである。
以下、本発明にかかる内燃機関の始動制御装置を、図面を参照しつつ説明する。
図１に、内燃機関（以下、エンジンと呼称）を含む車両１００の構成を示す。図示されるように、エンジン１０の出力軸（クランク軸）６には、クランク軸６によって駆動されて発電を行う発電機能に加えてエンジン始動機能及び出力補助機能を有するＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１１が接続されている。ＩＳＧ１１は、エンジン始動機能として、アイドリングストップ後の再始動時等、暖機後であってエンジン１０の燃焼が停止されている始動時に、クランク軸６に対してエンジン１０外部よりトルクを与えてエンジン１０を始動させる。また、ＩＳＧ１１は、出力補助機能として、エンジン１０の始動後において車両の走行中にクランク軸６に対して外部よりトルクを与えてクランク軸６の駆動を補助する。よって、ＩＳＧ１１は電動機に該当する。
また、クランク軸６から順に、流体摩擦接続部（トルクコンバータ）１２、クラッチ（クラッチ装置に該当）１３、自動変速機（自動変速装置に該当）１４、駆動輪１５へ接続されている。そして、これらトルクコンバータ１２とクラッチ１３と自動変速機１４とを介して、クランク軸６は車両の駆動輪１５に接続可能とされている。
ここで、自動変速機１４は、例えば遊星歯車機構を備える周知の多段式変速機構、ＣＶＴ等で構成されている。クラッチ１３は、前進クラッチやフォワードクラッチと呼ばれるものであり、通常走行において、自動変速機１４のパーキング（Ｐ）レンジ、後進（Ｒ）レンジ、ニュートラル（Ｎ）レンジ以外の前進レンジ（ドライブ（Ｄ）レンジ、１速レンジ、２速レンジ等）が選択された状態で接続される。そして、クラッチ１３が接続された状態では、エンジン１０のトルクがクランク軸６を介して駆動輪１５に伝達される状態となる。
電子制御装置（ＥＣＵ）１６は、マイクロコンピュータを備えて構成されており、外部から取り込まれる各種情報に基づき、エンジン１０の出力を制御したり、ＩＳＧ１１の出力を制御したりする。なお、各種情報とは、車速センサ（車速検出手段に該当）１７により検出された車両の速度（車速）や回転速度センサ１８により検出されたエンジン１０の回転速度などが該当する。
本実施形態において、ＥＣＵ１６は実施条件判定手段、惰性走行手段、再始動条件判定手段、押しがけ手段、始動手段、二重始動手段、強制始動手段、及び変速制御手段に該当する。
このような構成を備える車両１００において、高速走行中にエンジン１０を停止させ惰性走行状態に移った場合（アイドリングストップコースティング）を想定する。この場合、エンジン１０の再始動は確実に実施されることが求められる。しかし、従来の技術を実施した場合（例えばスタータによる再始動）に、エンジン１０の再始動を失敗するおそれがある。
この対策として、本実施形態では、ＥＣＵ１６により後述する図２のエンジン１０の再始動制御を実行する。これにより、エンジン１０の再始動要求が発生した際には、車両が既に保有している運動エネルギに基づくトルクを用いてのエンジン１０の再始動（押しがけ）と、ＩＳＧ１１により出力されるトルクを用いてのエンジン１０の再始動とで、二重にエンジン１０の再始動を試みることが出来る。
以下、ＥＣＵ１６が実行する図２のエンジン１０の再始動制御の制御内容を説明する。図２に示すエンジン１０の再始動制御は、ＥＣＵ１６が電源オンしている期間中にＥＣＵ１６によって所定周期で繰り返し実行される。
本制御が起動されると、まずステップ１００にて、アイドリングストップコースティングを行う上での実施許可条件を満たしたか否かが判定される。実施許可条件とは、例えば環境条件、車両条件、電源条件、エンジン条件、ドライバ操作条件よりなる。より詳しくは、
・環境条件には、外気温が所定範囲であり、かつ大気圧が所定範囲であることが含まれる。
・車両条件には、車速ｖｅが所定範囲（例えば４０〜１２０ｋｍ／ｈ）内であり、路面勾配（傾斜）が所定範囲内であり、電気負荷の駆動量が所定値以下であり、ブレーキ負圧が所定負圧よりも大きく、かつ他のＥＣＵ等からの禁止要求がないことが含まれる。
・電源条件には、バッテリ容量が所定範囲内であり、発電中でない（惰性走行中に発電要求が生じる場合を除く）、かつ電源システムからの禁止要求がないことが含まれる。
・エンジン条件には、エンジン冷却水の温度が所定範囲内であり、トランスミッション作動油の温度が所定範囲内である。
・ドライバ操作条件には、アクセルオフであり、ブレーキオフであり、シフトレバー位置がＤレンジである。
上記の実施許可条件が満たされたと判定しなかった場合には（Ｓ１００：ＮＯ）、アイドリングストップコースティングの実施を許可しないとして、本制御を終了する。上記の実施許可条件が満たされたと判定した場合には（Ｓ１００：ＹＥＳ）、ステップ１１０に進み、車両にアイドリングストップコースティングを実施させる。なお、アイドリングストップコースティングとは、エンジン１０への燃料供給を停止するとともに、クラッチ１３を遮断することで、車両を惰性走行させる状態を指す。
ステップ１２０では、エンジン１０の再始動要求があったか否かを判定する。本実施形態では、例えば、アクセルペダルが踏み込まれた操作量としてのアクセル操作量Ａｃｃが所定操作量Ａｃｃ０よりも大きい場合に、再始動要求が発生したと判定する。エンジン１０の再始動要求が発生したと判定されなかった場合には（Ｓ１２０：ＮＯ）、エンジン１０の再始動要求が発生するまでステップ１２０の判定を繰り返す。エンジン１０の再始動要求が発生したと判定された場合には（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、ステップ１３０に進む。
ステップ１３０では、ＩＳＧ１１を駆動させ、それにより生じたトルクでエンジン１０を回転させた状態で、燃料の燃焼を実施させることでエンジン１０の始動を試みる。なお、このとき、車両はクラッチ１３を遮断しており、惰性走行状態を維持している。
ステップ１４０では、エンジン１０の始動に成功したか否かを判定する。本実施形態では、例えば回転速度センサ１８により検出されたエンジン１０の回転速度が閾値αを超えて高くなった場合にエンジン１０の始動に成功したことを判定する。なお閾値αとは、エンジン１０の始動に成功した際に最低限上昇すると考えられるエンジン回転速度として設定される。エンジン１０の始動に成功したと判定された場合には（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、クラッチ１３を係合して本制御を終了する。エンジン１０の始動に成功していると判定されなかった場合には（Ｓ１４０：ＮＯ）、ステップ１５０に進む。
ステップ１５０では、車速センサ１７により車速ｖｅを検出させる。そしてステップ１６０にて車速センサ１７より検出させた車速ｖｅが所定速度ｖｅ０（例えば２０ｋｍ／ｈ）よりも高いか否かが判定される。所定速度ｖｅ０とは、押しがけによるエンジン１０の再始動を実施させることが可能な車速として設定される。車速ｖｅが所定速度ｖｅ０よりも高いと判定された場合には（Ｓ１６０：ＹＥＳ）、ステップ１７０に進む。
ステップ１７０では、クラッチ１３を係合させ、押しがけによるエンジン１０の再始動を実施させる。具体的には、クラッチ１３を係合させることで惰性走行による駆動輪１５の回転が、自動変速機１４、クラッチ１３、及びトルクコンバータ１２を介してクランク軸６に伝達され、エンジン１０を回転させる。これにより、エンジン１０を回転させた状態で燃料の燃焼を実施させることでエンジン１０の始動を実施させる。そして、本制御を終了する。
車速ｖｅが所定速度ｖｅ０よりも高いと判定されなかった場合には（Ｓ１６０：ＮＯ）、ステップ１８０に進む。ステップ１８０では、車速ｖｅが低いために駆動輪１５から伝達される回転だけではエンジン１０の回転速度を十分に上昇させることができないとして、駆動輪１５から伝達される回転に加えてＩＳＧ１１の出力によりエンジン１０の回転速度を上昇させる。その状態で、ステップ１７０に進み、押しがけによるエンジン１０の再始動を実施させる。そして、本制御を終了する。
上記構成により、本実施形態に係るＥＣＵ１６は、以下の効果を奏する。
・惰性走行時にエンジン１０の再始動を実施する際、二つの手段で再始動を試みる。一つは、ＩＳＧ１１によりエンジン１０の回転速度を上昇させたのちに、エンジン１０への燃料供給を再開させて始動を行うものである。もう一つは、クラッチ１３を接続して、惰性走行により発生している駆動力でエンジン１０の回転速度を上昇させたのちに、エンジン１０への燃料供給を再開させて始動を行うものである（押しがけ）。このような構成において、エンジン１０の再始動要求があったことが判定された場合に、まずＩＳＧ１１によりエンジン１０の再始動を試み、エンジン１０が再始動されなかった場合に押しがけによりエンジン１０を再始動させる。このように、エンジン１０の再始動を二重に試みることで、エンジン１０の再始動をより確実に実施することが可能となる。
・本実施形態では、エンジン１０の再始動要求があった場合に、まずＩＳＧ１１によりエンジン１０の再始動を試みる。このときにエンジン１０を再始動させることができれば、押しかけを実施する際に生じる減速変化によるショックなどが生じず、ドライバは違和感を覚えることなく運転することが可能となる。
・車速センサ１７により検出された車速ｖｅが所定速度ｖｅ０よりも高い場合には、ＩＳＧ１１による駆動補助なしに押しがけによるエンジン１０の始動を試みる。これにより、惰性走行により発生している駆動力のみでエンジン１０の始動を試みることが可能となる。車速センサ１７により検出された車速ｖｅが所定速度ｖｅ０よりも低い場合には、ＩＳＧ１１によりエンジン１０の駆動を補助しながら押しがけによるエンジン１０の再始動を試みる。車速ｖｅが所定速度ｖｅ０よりも低い場合に、惰性走行により発生している駆動力のみで押しがけによるエンジン１０の始動を試みると、エンジン１０の回転速度を十分に上昇させることができず始動を失敗するおそれがある。よって、車速ｖｅが所定速度ｖｅ０よりも低い場合にはＩＳＧ１１によりエンジン１０の駆動を補助させることで、押しがけによるエンジン１０の再始動をより確実に実施することが可能となる。また、ＩＳＧ１１によりエンジン１０の駆動を補助させることで、押しかけを実施する際に生じる減速変化によるショックなどを緩和することができるため、ドライバビリティの悪化を抑制する事が可能となる。
なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、アイドリングストップコースティングを実施するために、クラッチ１３を遮断していた。このことについて、例えばトルクコンバータ１２内にあるロックアップクラッチを遮断することでアイドリングストップコースティングを実施してもよい。
・所定速度ｖｅ０とは、押しがけによるエンジン１０の再始動を実施させることが可能な車速として設定されていた。このことについて、所定速度ｖｅ０は上記設定に限らず、例えばエンジン１０を始動させるのに必要な回転速度としての所定回転速度まで上昇させることが可能な車速として設定してもよい。また、自動変速機１４の変速比を変更することにより、この所定速度ｖｅ０を変更してもよい。
・上記実施形態では、エンジン１０の再始動要求があった場合に、まずＩＳＧ１１によりエンジン１０の再始動を試み、エンジン１０が再始動されなかった場合に押しがけによりエンジン１０を再始動させていた。このことについて、まず押しがけによりエンジン１０を再始動させ、エンジン１０が再始動されなかった場合には、ＩＳＧ１１によりエンジン１０の再始動を試みてもよい。最初に押しがけによるエンジン１０の再始動を試みることで、このときにエンジン１０を再始動させることができれば、ＩＳＧ１１を使用しないですむ。よって、最初にＩＳＧ１１によりエンジン１０の再始動を試みる場合と比較して消費電力を抑えることができ、ひいては燃料消費量を節約することが可能となる。
・図２のステップ１３０において、ＩＳＧ１１によるエンジン１０の再始動に失敗すると次のステップに進んでいた。このことについて、ＩＳＧ１１によるエンジン１０の再始動を複数回試みてもよい。また、ステップ１７０も同様に、押しがけによるエンジン１０の再始動を複数回試みてもよい。
・図２の手順について、ステップ１５０、ステップ１６０、及びステップ１８０は削除してもよい。この場合、車速ｖｅが低いと、押しがけによりエンジン１０を再始動させようとしてもエンジン１０の回転速度を十分に上昇させることができず、エンジン１０の再始動を失敗するおそれがある。よって、本別例を実施する際には、車速ｖｅに応じて、エンジン１０の回転速度が所定回転速度（エンジン１０を始動させるのに必要な回転速度）よりも高くなるように自動変速機１４の現在の変速比を変更させると、より確実にエンジン１０の回転速度を上昇させることが可能となる。
本別例について、もし自動変速機１４の変速比を大きくしても、エンジン１０の回転速度を所定回転速度よりも高くすることが出来なかった場合には、ＩＳＧ１１の出力によりエンジン１０の回転速度を補助する。これにより、図２に記載の制御と比較して、ＩＳＧ１１の出力を抑えることができ、電力消費量を抑えることが可能となる。
・図３は、図２の手順の一部を変容したものである。すなわちステップ１１０に該当するステップ２１０とステップ１２０に該当するステップ３２０との間に、ステップ１５０に該当するステップ２５０及びステップ１６０に該当するステップ２６０が移動する。そして、ステップ２６０がＮＯであった場合に、ステップ１８０に代わってステップ２７０〜ステップ２９０が挿入される。
以下にステップ２６０にて、車速センサ１７より検出させた車速ｖｅが所定速度ｖｅ０よりも高いと判定されなかった場合（Ｓ２６０：ＮＯ）の制御を説明する。
車速ｖｅが所定速度ｖｅ０より高いと判定されなかった場合には（Ｓ２６０：ＮＯ）、ステップ２７０に進む。ステップ２７０では、車速ｖｅが所定速度ｖｅ０よりも高くないために、エンジン１０の再始動を二重に試みることができないとして、エンジン１０の強制始動を実施させる。
ステップ２８０では、ＩＳＧ１１を駆動させ、それにより生じたトルクでクランク軸６を回転させた状態で、燃料の燃焼を実施させることでエンジン１０の始動を実施させる。そしてステップ２９０において、クラッチ１３を遮断した状態を維持することで、エンジン１０を駆動させた状態（アイドル状態）で惰性走行（アイドルコースティング）を続行させる。そして、本制御を終了する。
それ以外のステップについて、図３の各ステップ２００，２１０，２５０，２６０，３２０，３３０，３４０，及び３７０の処理は、それぞれ、図２の各ステップ１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，及び１７０の処理と同一である。
これにより、車速ｖｅが所定速度ｖｅ０よりも低くなってもエンジン１０を始動させることで、エンジン１０の再始動についての問題を解消し、且つエンジン１０を始動した状態で車両の惰性走行状態をそのまま維持することが可能となる。
６…クランク軸、１０…エンジン、１１…ＩＳＧ、１３…クラッチ、１５…駆動輪、１６…ＥＣＵ。

Claims (4)

  1. 内燃機関（１０）と、
    前記内燃機関の出力軸（６）に接続され、前記出力軸にトルクを付与することで前記内燃機関の回転速度を上昇させる電動機（１１）と、
    駆動輪（１５）と、
    前記内燃機関の出力軸と前記駆動輪との動力伝達を断接するクラッチ装置（１３）と、を備える車両（１００）に適用される再始動制御装置（１６）であって、
    前記車両が惰性走行を実施する実施条件の成立を判定する実施条件判定手段と、
    前記実施条件判定手段により前記実施条件の成立が判定された場合に、前記内燃機関への燃料供給を停止するとともに前記クラッチ装置を遮断状態にして前記車両を惰性走行させる惰性走行手段と、
    前記惰性走行中に、前記内燃機関の再始動を行う再始動条件が成立したことを判定する再始動条件判定手段と、
    前記クラッチ装置を接続状態にして、少なくとも前記惰性走行により発生している駆動力で前記内燃機関の回転速度を上昇させたのちに、前記内燃機関への燃料供給を再開させて始動を行う押しがけ手段と、
    前記電動機の駆動トルクにより前記内燃機関の回転速度を上昇させたのちに、前記内燃機関への燃料供給を再開させて始動を行う始動手段と、
    前記再始動条件判定手段により前記再始動条件が成立したことが判定された場合に、前記押しがけ手段及び前記始動手段の一方により前記内燃機関を始動させ、前記内燃機関が始動されなかった場合に他方により前記内燃機関を始動させる二重始動手段と、
    を備え、
    前記車両は、当該車両の速度である車速を検出する車速検出手段（１７）を備えており、
    前記押しがけ手段は、前記車速検出手段により検出された車速が所定速度よりも高い場合には、前記電動機による駆動補助なしに前記内燃機関の始動を試み、一方で、前記車速検出手段により検出された車速が所定速度よりも低い場合には、前記惰性走行により発生している駆動力に加えて前記電動機により前記内燃機関の駆動を補助しながら始動を試みることを特徴とする再始動制御装置。
  2. 前記車両は、
    前記内燃機関の出力軸の回転速度と前記駆動輪の回転速度との変速比を変更する自動変速装置（１４）と、
    を備え、
    前記再始動制御装置は、前記自動変速装置の変速比を制御する変速制御手段を備え、
    前記押しがけ手段は、前記車速検出手段により検出された前記車速に応じて、前記内燃機関の回転速度が所定回転速度を超えて高くなるように前記変速制御手段により変速比を変更させた状態で再始動を行うことを特徴とする請求項１に記載の再始動制御装置。
  3. 前記二重始動手段は、まず前記始動手段により前記内燃機関を始動させ、前記内燃機関が始動されなかった場合に、前記押しがけ手段により前記内燃機関を始動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の再始動制御装置。
  4. 前記二重始動手段は、まず前記押しがけ手段により前記内燃機関を始動させ、前記内燃機関が始動されなかった場合に、前記始動手段により前記内燃機関を始動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の再始動制御装置。
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