JP6562604B2 - Vehicle control device - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関及び発電機を備えた車両の制御装置に関するものである。 The present invention relates to a vehicle control apparatus including an internal combustion engine and a generator.
内燃機関を搭載した車両において、内燃機関の出力する駆動力により発電機を作動させ、この発電機が発電する電力を車両の電装系に供給することが通例である(例えば、下記特許文献1参照)。 In a vehicle equipped with an internal combustion engine, it is usual to operate a generator by a driving force output from the internal combustion engine and supply electric power generated by the generator to an electrical system of the vehicle (for example, see Patent Document 1 below). ).
電気負荷が増加するとき、例えば、ヘッドランプ等の照明灯が点灯されたり、電動ファンが起動したり、エアコンディショナが稼働を開始したりしたときには、電力消費の増大に起因して、電源となる蓄電装置(バッテリやキャパシタ)の端子電圧(特に、バッテリ電圧)の降下が生じる。これに対し、発電機に付帯するコントローラまたはレギュレータは、蓄電装置の端子電圧または発電機の出力電圧を与えられた目標電圧に維持するべく、発電機による発電量を増加させる制御を行う。 When the electrical load increases, for example, when an illumination light such as a headlamp is turned on, an electric fan is started, or an air conditioner starts operation, the power supply is increased due to an increase in power consumption. The terminal voltage (particularly, battery voltage) of the power storage device (battery or capacitor) is reduced. On the other hand, the controller or regulator attached to the generator performs control to increase the amount of power generated by the generator so as to maintain the terminal voltage of the power storage device or the output voltage of the generator at a given target voltage.
発電機による発電量の増加、換言すれば発電機のコイルを流れる励磁電流の増大が急峻であると、内燃機関に対する発電機の機械的な負荷が急増して、エンジン回転が不安定化する。そこで、既知の発電機のコントローラまたはレギュレータには、電気負荷の増加に対して励磁電流を徐々に増大させる、いわゆる徐励機能が備わっている。 If the increase in the amount of power generated by the generator, in other words, the increase in the excitation current flowing through the coil of the generator is steep, the mechanical load of the generator on the internal combustion engine increases rapidly, and the engine rotation becomes unstable. Therefore, a known generator controller or regulator has a so-called gradual excitation function that gradually increases the excitation current with respect to an increase in the electrical load.
従来、徐励による励磁電流の増大の速度は、コントローラまたはレギュレータの仕様により一意に定められていた。このため、内燃機関がアイドリングまたはアイドリングに近い低負荷運転を行っている場合に、発電機による発電量が急速に増加して内燃機関に一時的に負荷が集中し、好ましからぬエンジン回転数の低落やハンチング等を引き起こしてしまう懸念が依然として残っている。 Conventionally, the rate of increase of the excitation current due to gradual excitation has been uniquely determined by the specifications of the controller or regulator. For this reason, when the internal combustion engine is idling or operating at a low load close to idling, the amount of power generated by the generator rapidly increases and the load temporarily concentrates on the internal combustion engine, causing an undesirable decrease in engine speed. There are still concerns that cause hunting and hunting.
無論、内燃機関のアイドリングないし低負荷運転の安定性に重きを置いて、発電機のコントローラまたはレギュレータの徐励機能における励磁電流の増大速度を予め小さく設計しておくことも考えられる。しかしながら、エンジンストールの危険に乏しい中高負荷ないし中高回転の運転領域にあっては、電気負荷の増加に対して徒に発電量の増大を遅らせることになってしまい、蓄電装置(鉛バッテリ等)の寿命の短命化や電装系の作動の不安定化といった別種の問題を招来しかねない。 Of course, it is also conceivable to preliminarily design the increase rate of the excitation current in the gradual excitation function of the controller or regulator of the generator with emphasis on the idling or low-load operation stability of the internal combustion engine. However, in a medium to high load or medium to high rotation operation region where there is little risk of engine stall, the increase in the amount of power generation is delayed with respect to the increase in electric load, and the power storage device (lead battery, etc.) It can lead to other types of problems, such as shortening the service life and destabilization of the electrical system.
以上の点に着目してなされた本発明は、発電機による発電量の増大に伴うエンジン回転の不安定化を適切に抑制することを所期の目的とする。 An object of the present invention, which has been made paying attention to the above points, is to appropriately suppress instability of engine rotation accompanying an increase in the amount of power generated by a generator.
本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。 In order to achieve such an object, the present invention takes the following measures.
すなわち本発明に係る車両の制御装置は、内燃機関及び当該内燃機関により駆動されて発電する発電機を搭載した車両の制御装置であって、発電機のコイルを流れる励磁電流の許容される上限値を発電機に対して指令できるものであり、発電機による発電量が増加する状況下において、励磁電流について一定の上限値を発電機に対して指令するか、または徐々に増大する上限値を発電機に対して指令するかを、内燃機関の運転状態に応じて選択することとし、徐々に増大する上限値を発電機に対して指令する場合、単位時間あたりの上限値の増分を、燃料カット中は平時における徐励機能による励磁電流の増大速度よりも小さくし、さらに、アイドルないし低負荷運転時は燃料カット中よりも小さくすることを特徴とする。 That is, the vehicle control device according to the present invention is a vehicle control device equipped with an internal combustion engine and a generator that is driven by the internal combustion engine to generate electric power, and is an allowable upper limit value of an excitation current flowing through a coil of the generator. Can be commanded to the generator, and in a situation where the amount of power generated by the generator increases, a constant upper limit value for the excitation current can be commanded to the generator, or a gradually increasing upper limit value can be generated. When commanding an upper limit value that gradually increases to the generator, the increment of the upper limit value per unit time is set as the fuel cut. The inside is smaller than the rate of increase of the excitation current by the gradual excitation function during normal times, and is smaller than during fuel cut during idle or low load operation.
このようなものであれば、発電機に起因する機械的負荷の上昇に内燃機関の出力上昇が間に合わず、不必要なエンジン回転数の低下やハンチングを招来してしまうという不具合を有効に回避することができる。換言すれば、発電機による発電量の増大に伴うエンジン回転の不安定化を適切に抑制することができる。その結果、安定した内燃機関の駆動と発電機の高い充電効率とを両立させることができる。 If this is the case, the increase in the output of the internal combustion engine is not in time for the increase in the mechanical load caused by the generator, effectively avoiding the problem of unnecessary decrease in engine speed and hunting. be able to. In other words, it is possible to appropriately suppress instability of engine rotation accompanying an increase in the amount of power generated by the generator. As a result, it is possible to achieve both stable driving of the internal combustion engine and high charging efficiency of the generator.
本発明によれば、発電機による発電量の増大に伴うエンジン回転の不安定化を適切に抑制することにより安定した内燃機関の駆動と発電機の高い充電効率とを両立させることができる車両の制御装置を提供することができる。 According to the present invention, a vehicle capable of achieving both stable driving of an internal combustion engine and high charging efficiency of a generator by appropriately suppressing instability of engine rotation accompanying an increase in the amount of power generated by the generator. A control device can be provided.
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に示す車両用内燃機関100は、火花点火式の4ストロークエンジンであり、複数の気筒1(図1には、そのうち一つを図示している)を具備している。各気筒1の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ11を設けている。また、各気筒1の燃焼室の天井部に、点火プラグ12を取り付けてある。点火プラグ12は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. A vehicle
吸気を供給するための吸気通路3は、外部から空気を取り入れて各気筒1の吸気ポートへと導く。吸気通路3上には、エアクリーナ31、電子スロットルバルブ32、サージタンク33、吸気マニホルド34を、上流からこの順序に配置している。
The
排気を排出するための排気通路4は、気筒1内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒1の排気ポートから外部へと導く。この排気通路4上には、排気マニホルド42及び排気浄化用の三元触媒41を配置している。
The exhaust passage 4 for discharging the exhaust guides the exhaust generated as a result of burning the fuel in the cylinder 1 from the exhaust port of each cylinder 1 to the outside. An
外部EGR(Exhaust Gas Recirculation)装置2は、いわゆる高圧ループEGRを実現するものである。EGR装置2は、排気通路4における触媒41の上流側と吸気通路3におけるスロットルバルブ32の下流側とを連通する外部EGR通路21と、EGR通路21上に設けたEGRクーラ22と、EGR通路21を開閉し当該EGR通路21を流れるEGRガスの流量を制御するEGRバルブ23とを要素とする。EGR通路21の入口は、排気通路4における排気マニホルド42またはその下流の所定箇所に接続している。EGR通路21の出口は、吸気通路3におけるスロットルバルブ32の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク33に接続している。
An external EGR (Exhaust Gas Recirculation)
図2に示すように、本実施形態における内燃機関100には、スタータモータ(セルモータ)140、ISG(Integrated Starter Generator。または、モータジェネレータ)110及びコンプレッサ130その他の補機が付随している。
As shown in FIG. 2, the
スタータモータ140は、主として冷間始動時に内燃機関100のクランクシャフト10を回転駆動する、クランキング専用の電動機である。スタータモータ140は、その出力軸にピニオンギア141を有し、このピニオンギア141が内燃機関100の出力軸であるクランクシャフト10に固定されたリングギア103に噛合することで、クランクシャフト10に回転駆動力を伝達する。ピニオンギア141は、スタータモータ140による内燃機関100のクランキング中以外は、リングギア103から離脱している。
The
ISG110は、クランクシャフト10ひいては車両の車軸153(そして、駆動輪)を駆動する電動機としての機能と、クランクシャフト10から駆動力の伝達を受けて発電する発電機としての機能とを兼ね備える。ISG110は、巻掛伝動機構112、113、101を介して内燃機関100のクランクシャフト10の一端側と接続している。
The ISG 110 has a function as an electric motor that drives the
ISG110は、例えばインナーロータ方式の交流同期機であり、永久磁石及びロータコイル(励磁(界磁)巻線)116を両備したロータ(回転子)と、ロータの外周面に対向する三相交流のステータコイル(固定子巻線)115を備えたステータ(固定子)とを要素としてなる。ロータは、ロータ軸111の外周に固着している。ロータ軸111及びクランクシャフト10には、それぞれプーリ(または、スプロケット)112、101が固着しており、これらプーリ112、101に巻き掛けたベルト(または、チェーン)113により、クランクシャフト10とロータ軸111との間で相互に(双方向に)回転駆動力を伝達する。
The ISG 110 is, for example, an inner-rotor type AC synchronous machine, and includes a rotor (rotor) having both permanent magnets and a rotor coil (excitation (field) winding) 116, and a three-phase AC facing the outer peripheral surface of the rotor. A stator (stator) including a stator coil (stator winding) 115 is used as an element. The rotor is fixed to the outer periphery of the
ISG110は、主としてアイドルストップした内燃機関100の再始動時や、車軸153に供給する走行駆動力を増強する(特に、加速中や登坂中の)モータアシスト時に、車載の蓄電装置61から電力の供給を受けてクランクシャフト10を回転駆動する。蓄電装置61は、バッテリ及び/またはキャパシタを含む。翻って、クランクシャフト10により回転駆動されて発電する場合には、その発電した電力を同蓄電装置61に充電する。車両が減速する際には、ISG110による回生制動を行い、車両の運動エネルギを電気エネルギとして回収することができる。
The ISG 110 supplies power from the in-vehicle
エアコンディショナの冷媒圧縮用のコンプレッサ130もまた、ISG110と同様、巻掛伝動機構102、134、133を介して内燃機関100のクランクシャフト10の一端側と接続している。コンプレッサ130の入力軸132及びクランクシャフト10には、それぞれプーリ(または、スプロケット)133、102が固着しており、これらプーリ133、102に巻き掛けたベルト(または、チェーン)134によって、クランクシャフト10から入力軸132に回転駆動力を伝達する。ベルト134は、コンプレッサ130以外の補機である潤滑油ポンプ(図示せず)や冷却水ポンプ(図示せず)等にも駆動力を伝達することがある。なお、コンプレッサ130の本体と入力軸132との間には、断接切換可能なマグネットクラッチ131を設けており、エアコンディショナを稼働しないときには当該クラッチ131を切断する。
The
内燃機関100と車軸153とを繋ぐ駆動系たるトランスミッション120は、クランクシャフト10の他端側に設置する。
A
車両には、各種の電気負荷が実装されている。電気負荷の具体例としては、エアコンディショナの送風用ブロワ、リアガラスの曇りを取るデフォッガ、オーディオ機器、カーナビゲーションシステム、照明灯(ヘッドランプ、テールランプ、ストップランプ(ブレーキランプ)、フォグランプ、ウィンカ(ターンシグナルランプ)等)、内燃機関の冷却水を空冷するラジエータのファン、電動パワーステアリング装置、等が挙げられる。 Various electric loads are mounted on the vehicle. Specific examples of electrical loads include air conditioner blowers, rear glass defoggers, audio equipment, car navigation systems, lighting (headlamps, taillights, stoplights (brakelights), foglights, turn signals (turns) Signal lamp)), a radiator fan for cooling the cooling water of the internal combustion engine, an electric power steering device, and the like.
図3に、電気負荷を制御するための電気回路を示している。既に述べた通り、内燃機関のクランクシャフト10と冷媒圧縮用コンプレッサ130との間には、マグネットクラッチ131が介在している。エアコンディショナを稼働するときには、マグネットクラッチ131に通電して当該クラッチ131を締結する。エアコンディショナを稼働しないときには、マグネットクラッチ131に通電せず、当該クラッチ131を切断する。マグネットクラッチ131への通電及びその遮断は、リレースイッチ62のON/OFFによって行う。
FIG. 3 shows an electric circuit for controlling the electric load. As already described, the
送風用ブロワを回転駆動するモータ63や、デフォッガとしてリアガラスに敷設された電熱線ヒータ65は、蓄電装置61(または、ISG110)から電力供給を受けて作動する。モータ63やヒータ65への通電及びその遮断は、リレースイッチ64のON/OFF、または半導体スイッチング素子(パワートランジスタ、パワーMOSFET等に代表されるパワーデバイス(電力用半導体素子))66の点弧/消弧によって行う。
The
オーディオ機器やカーナビゲーションシステム、照明灯、ラジエータファンを回転駆動するモータその他の電気負荷についても、上記と同様である。 The same applies to audio devices, car navigation systems, illumination lamps, motors that rotate the radiator fan, and other electrical loads.
図4に、発電機として働くISG110の等価回路を示す。ISG110を発電機として動作させる場合、三相コイルであるステータコイル115には三相交流の誘起電流が発生する。この誘起電流は、ダイオードを用いた整流器113によって直流電流とした上で蓄電装置61や電気負荷に供給する。
FIG. 4 shows an equivalent circuit of the
ISG110に付帯するコントローラ114は、本実施形態の制御装置たるECU(Electronic Control Unit)0から発される、ISG110の出力電圧の目標値を指令する制御信号nを受け付ける。そして、その指令された目標電圧に蓄電装置61の端子電圧(換言すれば、電装系に供給する電源電圧)を追従せしめるべく、半導体スイッチング素子119をスイッチ動作させてロータコイル116に印加する励磁電流の大きさを調節するPWM(Pulse Width Modulation)制御を実施する。ISG110の出力電圧即ちステータコイル115に誘起される発電電圧は、ロータコイル116を流れる励磁電流が大きいほど大きくなる。
A
発電機として作動するISG110は、内燃機関100から見れば機械的な負荷となる。ISG110の出力電圧が蓄電装置61の端子電圧を超越するとき、蓄電装置61が充電され、かつISG110から電気負荷に電力が供給される。つまり、ISG110がクランクシャフト10の回転のエネルギを費やして電気エネルギを生成する仕事をする。蓄電装置61への充電量及び電気負荷への給電量は、ISG110の出力電圧と蓄電装置61の端子電圧との電位差に依存する。
The
逆に、ISG110の出力電圧が蓄電装置61の端子電圧に満たないかこれに近いときには、蓄電装置61が充電されず、またISG110から電気負荷に電力が供給されない(蓄電装置61から電気負荷に電力供給されることはある)。つまり、ISG110がクランクシャフト10の回転のエネルギを費やす仕事をしないか、またはその仕事が小さくなる。
Conversely, when the output voltage of
要するに、ECU0からISG110に高い発電電圧を指令すると、エンジン回転に対するISG110の機械負荷が増し、低い発電電圧を指令すると、エンジン回転に対するISG110の機械負荷が減る。
In short, when a high power generation voltage is commanded from the
因みに、コントローラ114は、電気負荷の増大等に伴いISG110による発電量を増加させる際、励磁電流をステップ的に急増させるのではなく、励磁電流を徐々に増大させる徐励機能を有する。この徐励機能により、内燃機関100に対する機械的な負荷の一時的な集中を避け、アイドル運転ないし低負荷運転領域におけるエンジン回転の低落を防いでいる。
Incidentally, the
また、コントローラ114は、ECU0から発される、励磁電流の上限値を指令する制御信号nを受け付けるとともに、ロータコイル116を流れる励磁電流の大きさをセンサ117を介して検出し、励磁電流を指令された上限値以下に規制する。励磁電流に上限を設けるのは、内燃機関100に対する機械的な負荷が過大となってエンジン回転が不安定化することを予防する意図である。故に、例えば、冷媒圧縮用コンプレッサ130の作動時と非作動時とでは、前者の方が励磁電流の上限値が低くなる。
In addition, the
励磁電流の上限値へのクリップは、ISG110の発電電圧の目標電圧値への追従に優先する。つまり、コントローラ114は、蓄電装置61の端子電圧が未だECU0から指令された目標電圧未満であるとしても、ロータコイル116を流れる励磁電流が既にECU0から指令された上限に達している場合には、それ以上励磁電流を増大させない。
Clipping to the upper limit value of the excitation current has priority over following the target voltage value of the generated voltage of the
他方、ISG110をクランクシャフト10を駆動する電動機として動作させる場合には、ロータコイル116に所要の励磁電流を通電しつつ、ステータコイル115に半導体スイッチング素子を用いたインバータ118を介して三相交流電流を印加して、ロータの周囲に回転磁界を発生させる。インバータ118の各相のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチはそれぞれ、コントローラ114によって点弧/消弧される。
On the other hand, when the
図5に、車両が備える駆動系たるトランスミッション120の例を示す。このトランスミッション120は、トルクコンバータ7及び自動変速機8、9を備えてなる。特に、本実施形態では、自動変速機8、9の構成要素として、遊星歯車機構を利用した前後進切換装置8、及び無段変速機の一種であるベルト式CVT(Continuously Variable Transmission)9を採用している。
FIG. 5 shows an example of a
内燃機関が出力する回転トルクは、内燃機関のクランクシャフトからトルクコンバータ7の入力側のポンプインペラ71に入力され、出力側のタービンランナ72に伝達される。タービンランナ72の回転は、前後進切換装置8を介してCVT9の駆動軸94に伝わり、CVT9における変速を経て従動軸95を回転させる。従動軸95の回転は、出力ギア151に伝達される。出力ギア151は、デファレンシャル装置のリングギア152と噛合し、デファレンシャル装置を介して車軸153及び駆動輪(図示せず)を回転させる。
The rotational torque output from the internal combustion engine is input from the crankshaft of the internal combustion engine to the
トルクコンバータ7は、ロックアップ機構を備える。ロックアップ機構は、この分野では既知のもので、トルクコンバータ7の入力側と出力側とを相対回動不能に締結するロックアップクラッチ73と、ロックアップクラッチ73を断接切換駆動するための作動液圧(油圧)を制御するロックアップソレノイドバルブ(図示せず)とを要素とする。ロックアップソレノイドバルブは、制御信号tを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。
The
CVT9を搭載した車両においては、車速が所定値(例えば、10km/h)以上である場合、ほぼ常時トルクコンバータ7をロックアップする。車速が所定値以下となれば、トルクコンバータ7のロックアップを解除する。ロックアップ時、ロックアップクラッチ73はトルクコンバータカバー74に押し付けられ、トルクコンバータカバー74と一体となって回転する。ロックアップ時、トルクコンバータ7の入力側(のドライブプレート)に入力された機関のトルクは、トルクコンバータカバー74からロックアップクラッチ73を経由してトルクコンバータ7の出力側、ひいては前後進切換装置8に直接伝達される。ロックアップ時、トルクコンバータ7の出力側回転数の入力側回転数に対する比である速度比は1となる。
In a vehicle equipped with CVT 9, when the vehicle speed is a predetermined value (for example, 10 km / h) or more, the
翻って、非ロックアップ時には、ロックアップクラッチ73がトルクコンバータカバー74から離反する。非ロックアップ時、トルクコンバータ7の入力側に入力された機関のトルクは、トルクコンバータカバー74からポンプインペラ71、タービン72へと伝わり、前後進切換装置8に伝達される。非ロックアップ時、トルクコンバータ7の速度比は、駆動状態に応じて1よりも小さくなったり大きくなったりする。
In turn, the lock-up clutch 73 is separated from the
前後進切換装置8は、そのサンギア81がタービンランナ72と連絡し、リングギア82が駆動軸94と連絡している。プラネタリギア831を支持するプラネタリキャリア83と変速機ケースとの間には、断接切換可能な液圧クラッチたるフォワードブレーキ84を介設している。また、プラネタリキャリア83とサンギア81(または、トルクコンバータ7の出力側)との間にも、断接切換可能な液圧クラッチたるリバースクラッチ85を介設している。
In the forward / reverse switching device 8, the
走行レンジのうちのDレンジでは、フォワードブレーキ84を締結し、リバースクラッチ85を切断する。これにより、トルクコンバータ7の出力軸の回転が逆転されかつ減速されて駆動軸94に伝達され、前進走行となる。翻って、Rレンジでは、リバースクラッチ85を締結し、フォワードブレーキ84を切断する。これにより、サンギア81とプラネタリキャリア83とが一体的に回転し、トルクコンバータ7の出力軸と駆動軸94とが直結して後進走行となる。フォワードブレーキ84またはリバースクラッチ85を断接切換駆動するための作動液圧を制御するソレノイドバルブ(図示せず)は、制御信号uを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。
In the D range of the traveling range, the
非走行レンジであるNレンジ、Pレンジでは、フォワードブレーキ84及びリバースクラッチ85をともに切断する。
In the N range and P range, which are non-traveling ranges, both the
CVT9は、駆動プーリ91及び従動プーリ92と、両プーリ91、92に巻き掛けられたベルト93とを要素とする。駆動プーリ91は、駆動軸94に固定した固定シーブ911と、駆動軸91上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ912と、可動シーブ912の後背に配設された液圧サーボ913とを有しており、液圧サーボ913を操作し可動シーブ912を変位させることを通じて変速比を無段階に変更できる。並びに、従動プーリ92は、従動軸95に固設した固定シーブ921と、従動軸95上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ922と、可動シーブ922の後背に配設された液圧サーボ923とを有しており、液圧サーボ923を操作し可動シーブ922を変位させることを通じてトルク伝達に必要なベルト推力を与える。
The CVT 9 includes a driving
走行レンジを操作するべくフォワードブレーキ84またはリバースクラッチ85に供給される作動液(作動油)、また変速比を操作するべく液圧サーボ913、923に供給される作動液を吐出する液圧ポンプ(図示せず)は、内燃機関のクランクシャフトからトルクの伝達を受けて稼働する、既知の機械式(非電動式)のものである。この作動液は、トルクコンバータ7に用いられる流体と共通である。
A hydraulic pump (hydraulic fluid) supplied to the
ECU0は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。その入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号a、クランクシャフト10の回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号b、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ32の開度をアクセル開度(いわば、要求負荷)として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号c、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ(シフトポジションスイッチ)から出力されるシフトレンジ信号d、吸気通路3(特に、サージタンク33)内の吸気温及び吸気圧を検出するセンサから出力される吸気温・吸気圧信号e、内燃機関100の冷却水温を検出するセンサから出力される冷却水温信号f、ブレーキペダルが踏まれていることまたはブレーキペダルの踏込量を検出するセンサ(ブレーキスイッチやマスタシリンダ圧センサ等)から出力されるブレーキ信号g、蓄電装置61の端子電圧及び端子電流(特に、バッテリ電圧やバッテリ電流)を検出するセンサから出力される電圧・電流信号h、エアコンディショナや各種電気負荷のそれぞれについてこれを作動させるべきか否かに関する作動要求信号m、ISG110のコントローラ114からもたらされるステータス信号s等が入力される。
The
作動要求信号mは、エアコンディショナや各種電気負荷を作動させることを望む運転者または搭乗者が手動操作する、エアコンディショナまたは電気負荷毎の操作スイッチ(または、コントロールパネル)から発される手動制御信号であったり、オートエアコンシステムを司るオートエアコンECU等から発される自動制御信号であったりする。 The operation request signal m is manually issued from an operation switch (or control panel) for each air conditioner or electric load, which is manually operated by a driver or passenger who desires to operate the air conditioner and various electric loads. It may be a control signal or an automatic control signal issued from an auto air conditioner ECU that controls the auto air conditioner system.
ステータス信号sは、ISG110に関する各種の情報、例えば回転数や温度、ロータコイル116を流れる励磁電流の大きさ、現在の動作モード(即ち、発電しているか、内燃機関100をクランキングしているか、内燃機関100をモータアシストしているか、発電機としても電動機としても働かない無負荷状態か)等の情報を含む。
The status signal s includes various information related to the
ECU0の出力インタフェースからは、点火プラグ12のイグナイタに対して点火信号i、インジェクタ11に対して燃料噴射信号j、スロットルバルブ32に対して開度操作信号k、EGRバルブ23に対して開度操作信号l、ISG110のコントローラ114に対してこれを制御するための制御信号n、マグネットクラッチ131に通電する電気回路上のスイッチ62に対してクラッチ締結信号o、モータ63やヒータ65その他の電気負荷に通電する電気回路上のスイッチ64、66に対してスイッチON信号p、q、ロックアップクラッチ73の断接切換用のロックアップソレノイドバルブに対して開度制御信号t、フォワードブレーキ84またはリバースクラッチ85の断接切換用のソレノイドバルブに対して開度制御信号u、CVT9に対して変速比制御信号v等を出力する。
From the output interface of the
制御信号nは、ISG110の動作モードを指示するとともに、発電機として動作させる場合にISG110から出力させる発電電圧の目標値や、ロータコイル116に通電する励磁電流の上限値等を指令する信号である。
The control signal n is a signal for instructing the operation mode of the
ECU0のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関100の運転を制御する。ECU0は、内燃機関100の運転制御に必要な各種情報a、b、c、d、e、f、g、h、m、sを入力インタフェースを介して取得し、要求されるスロットルバルブ32開度、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング(一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む)、燃料噴射圧、点火タイミング、エアコンディショナのコンプレッサのON/OFF、各種電気負荷のON/OFF、ISG110の発電量または出力、トルクコンバータ7のロックアップを行うか否か、自動変速機8、9の変速比等といった各種運転パラメータを決定する。ECU0は、運転パラメータに対応した各種制御信号i、j、k、l、n、o、p、q、s、t、u、vを出力インタフェースを介して印加する。
The processor of the
加えて、ECU0は、内燃機関100の始動時、特に冷間始動において、スタータモータ140に制御信号rを入力し、ピニオンギア141をリングギア103に噛合させて内燃機関100のクランキングを行う。
In addition, the
ECU0は、所定のアイドルストップ条件が成立したときに、内燃機関100のアイドル回転を停止させるアイドルストップを実行する。ECU0は、ブレーキペダルの踏込量またはマスタシリンダ圧が閾値以上であり(ブレーキペダルが踏まれた)、内燃機関の冷却水温が所定以上に高く、蓄電装置61の端子電圧が所定以上に高く、ISG110が実質的に発電しておらず、マグネットクラッチ131を切断しており冷媒圧縮用コンプレッサ130が稼働しておらず、シフトレンジが走行レンジであり、前回のアイドルストップ終了からある車速以上まで加速した経歴があり、かつ現在の車速がある車速以下である(例えば、車速が13.5km/h以上から13km/hまで低下した、または9.5km/h以上から7km/hまで低下した)、といった諸条件がおしなべて成立したことを以て、アイドルストップ条件が成立したものと判断する。
The
アイドルストップ条件の成立後、所定のアイドルストップ終了条件が成立したときには、内燃機関100を再始動する。ECU0は、ブレーキペダルの踏込量またはマスタシリンダ圧が0または0に近い閾値未満となった(ブレーキペダルが踏まれなくなった)、逆にブレーキペダルの踏込量またはマスタシリンダ圧がさらに増大した(ブレーキペダルがさらに強く踏み込まれた)、アクセル開度が増大した(アクセルペダルが踏まれた)、アイドルストップ状態で所定時間(3分)が経過した等のうち何れかを以て、アイドルストップ終了条件が成立したものと判断する。原則として、アイドルストップ後の再始動においては、ISG110を電動機として動作させて内燃機関100のクランキングを行う。
When a predetermined idle stop end condition is satisfied after the idle stop condition is satisfied, the
また本実施形態に係る内燃機関100は、その運転状況に応じて燃料噴射を中断する燃料カットを行う。通常、アクセルペダルの踏込量が0または0に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上であるときに、燃料カット条件が成立したものとして燃料カットを開始する。そして、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、エンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下した等の何れかの燃料カット終了条件が成立したときに、燃料カットを終了、燃料噴射を再開する。
Further, the
しかして本実施形態に係る車両の制御装置たるECU0は、図6に示すように、発電機たるISG110による発電量が増加する状況下において、励磁電流について一定の上限値x1をISG110に対して指令するか、または徐々に増大する上限値x2をISG110に対して指令するかを、内燃機関100の運転状態に応じて選択する制御を実行する。
Therefore, as shown in FIG. 6, the
ここで、「発電量が増大する状況下」とは、特に、電気負荷が増大する状況(エアコンディショナが起動された、照明灯が点灯された、ファンが起動された、等)のことを指す。換言すれば、「発電量が増大する状況下」とは、電気負荷に対する電源となる蓄電装置61の端子電圧が一時的に低下する、即ち端子電圧と目標電圧(ISG110に指令された発電電圧)との偏差が拡大することから、この偏差を縮小するべくISG110のコントローラ114が励磁電流を増大させて発電量を増大させようとする状況である。
Here, “under a situation where the amount of power generation increases” refers in particular to a situation where the electrical load increases (air conditioner is activated, lighting is turned on, fan is activated, etc.). Point to. In other words, “under a situation where the amount of power generation increases” means that the terminal voltage of the
また、制御を実行する「内燃機関100の運転状態」とは、少なくとも、アイドル運転またはアイドル運転に近い低負荷運転領域(要求負荷=アクセルペダルの踏込量が0または0に近い閾値以下であり、燃料カット中でない)、燃料カット中、またはこれら以外の状態の三つのパターンに分類される。本実施形態では、斯かる三つのパターンのうち、前者二つのパターンについて後述する。
In addition, the “operating state of the
図6に示すように、ISG110に印可される励磁電流は、平時の運転状態ではコントローラ114により予め設定された徐励機能により、平時励磁電流y1のような挙動を示す。しかしながら、この徐励機能による平時励磁電流y1の挙動は、アイドル回転ないし低負荷運転領域や燃料カット時以外の平時の運転領域において速やかに発電量を増加させ速やかに蓄電装置61に充電することも併せて考慮されている。それ故、ISG110の内燃機関100に対する機械的な負荷の増大が依然としてエンジン回転を不安定化させる懸念があった。そこで本実施形態では、ECU0が反復的に指令する単位時間α毎(例えば8ミリ秒に設定されている)に励磁電流の上限値を所定値βずつ逓増させる制御を行うことにより徐々に増大する上限値x2とする。これにより、励磁電流の挙動を補正励磁電流y2のように、励磁電流の上昇速度を有効に抑制せしめている。その結果、内燃機関100に対する機械的な負荷の一時的な集中が避けられ、アイドル運転ないし低負荷運転領域におけるエンジン回転の低落を防いでいる。
As shown in FIG. 6, the excitation current applied to the
また本実施形態では図6に示すように、ECU0が単位時間αあたりに指令する指令機会毎の指令値の増加量である所定値βを、平時ではないその時々の運転状態に応じて可変としている。換言すれば、徐々に増大する上限値を発電機に対して指令する場合、単位時間あたりの上限値の増分たる所定値βを、内燃機関100の運転状態に応じて調整するようにしている。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the predetermined value β, which is an increase amount of the command value for each command opportunity commanded by the
続いて、本実施形態に係る制御を実行した場合における蓄電装置61の端子電圧、励磁電流及びエンジン回転数の挙動を図7に示して説明する。
Next, the behavior of the terminal voltage, the excitation current, and the engine speed of the
まず、電気負荷が増加する状況下となると、同図に破線で示すような蓄電装置61の端子電圧の低下が起こる。かかる端子電圧の低下を速やかに回復すべく、ISG110による発電量を増加させるとともに、内燃機関100の出力を増大させる制御を開始する。ここで、内燃機関100の出力を増大させる制御とは、目標回転数を上げるべく、スロットルバルブ32の開度を増やす制御が挙げられる。すなわち吸気量増大とこれに伴う燃料噴射量の増量を行う。このとき、本実施形態では、運転状態に応じて、励磁電流の挙動が平時励磁電流y1、補正励磁電流y2(idle)、y2(F/C)の何れかの挙動をとるようにしている。すなわち、平時では平時励磁電流、アイドル運転中ないし低負荷運転領域では補正励磁電流y2(idle)、燃料カット中では補正励磁電流y2(F/C)をとるようにしている。ここでもし、運転状況がアイドル運転中ないし低負荷運転領域、或いは燃料カット中であるときに平時励磁電流y1のような励磁電流の挙動をとると、内燃機関100の出力増大が発電量の増大に追いつかないため、同図で破線に示すようなエンジン回転数の落ち込みや、ハンチングを起こしてしまう。そこで、運転状況に応じて適宜、補正励磁電流y2(idle)、y2(F/C)の何れかの挙動をとるようにしていることで、前記エンジン回転数の落ち込みを有効に回避せしめている。
First, when the electric load increases, the terminal voltage of the
ここで、補正励磁電流y2(idle)、y2(F/C)の何れかを選択する制御は、図6に示す所定値βの値を可変とすることで実現している。すなわち、アイドル運転中ないし低負荷運転領域、或いは燃料カット中というそれぞれの運転状態に応じて異なる値、換言すれば所定値βの値を前者の方を小さく設定しているのは以下の理由からである。アイドル運転中ないし低負荷運転領域のときはエンジン回転数がそもそも低くエンジンストールの危険が大きいため「増分」である所定値βを小さくする(励磁電流をより緩やかに増大させる)。他方、燃料カット中はエンジン回転数が比較的高いので励磁電流をより速やかに増大させ、電力需要に早く応えられるようにするようにしている。またこれらの状況において、エンジン回転数または車速が高いほど所定値βをより大きくするようにしてもよい。エンジンストールを起こす可能性が低いからである。 Here, the control for selecting one of the correction excitation currents y2 (idle) and y2 (F / C) is realized by making the value of the predetermined value β shown in FIG. 6 variable. That is, a different value according to each operation state such as idling operation or low load operation region or fuel cut, in other words, the value of the predetermined value β is set smaller in the former for the following reason. It is. During idle operation or in a low load operation region, the engine speed is low and the risk of engine stall is high, so the predetermined value β, which is “increment”, is decreased (excitation current is increased more slowly). On the other hand, since the engine speed is relatively high during the fuel cut, the excitation current is increased more quickly so that the power demand can be quickly met. In these situations, the predetermined value β may be increased as the engine speed or the vehicle speed increases. This is because the possibility of causing an engine stall is low.
また、所定値βを設定する他の要素としては、内燃機関100の温度(冷却水温)が高いほどフリクションロスが大きくエンジンストールしやすいので所定値βを小さく設定する事が挙げられる。さらには、蓄電装置61の端子電圧(蓄電装置61の充電状態)が高いほど蓄電量に余裕があるので所定値βを小さく設定するようにしてもよい。
As another factor for setting the predetermined value β, the higher the temperature (cooling water temperature) of the
以上のような構成とすることにより、本実施形態では、励磁電流の値が所要の値にまで上昇するまでの時間を運転状態によっては適宜遅らせている。これにより、ISG110に起因する機械的負荷の上昇に内燃機関100の出力上昇が間に合わず、不必要なエンジン回転数の低下やハンチングを招来してしまうという不具合を有効に回避せしめている。その結果、安定した内燃機関100の駆動とISG110の高い充電効率とを両立させている。
By adopting the configuration as described above, in the present embodiment, the time until the value of the excitation current rises to a required value is appropriately delayed depending on the operating state. As a result, the increase in the output of the
すなわち従来では、従来はISG110の発電電圧を制御する(ISG110に付帯する)コントローラ114やレギュレータの仕様によって励磁速度即ち励磁電流の増加速度が一意に定められており、内燃機関100の現在の運転領域に応じて可変調整することは考えられていなかった。それ故、アイドル運転時やアイドル運転に近い低負荷運転領域においては、ISG110のコントローラ114による徐励機能をもってしても、図6に示すように励磁電流は一定の上限値x1となっているため、平時徐励電流y1のような挙動をとり、内燃機関100に対する機械的な負荷がエンジン回転を不安定化させる懸念があった。そこで本実施形態の如く、上限値x2のように単位時間α当たりに所定値βずつ逓増させる制御を反復して行うことに初めて着目し、実行することで、上記懸念を確実に解消せしめている。
That is, conventionally, the excitation speed, that is, the increase speed of the excitation current is uniquely determined by the specifications of the
さらに本実施形態では、平時ではない運転状態のうち、さらに状況に応じて所定値βの値を変更することで補正励磁電流y2(idle)、y2(F/C)というように、励磁電流の増加速度を運転状態に応じた所要の速度に設定している。その結果、エンジン回転数低下の回避と充放電とのバランスをより好適に保持することも実現している。特に蓄電装置61として例えば鉛バッテリを用いている場合においては、蓄電装置61の寿命の短命化や電装系の作動の不安定化といった問題も有効に解消することができる。
Further, in the present embodiment, the excitation current of the excitation current is changed to a corrected excitation current y2 (idle), y2 (F / C) by changing the value of the predetermined value β according to the situation among the operation states that are not normal. The increase speed is set to the required speed according to the driving condition. As a result, the balance between avoiding a decrease in engine speed and charging / discharging is also more suitably maintained. In particular, when a lead battery, for example, is used as the
以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the specific configuration of each unit is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施形態では発電機を、電動機としても作動するISGとした態様を開示したが勿論、単に発電機として作動するオルタネータを適用した車両においても本発明は好適に適用し得る。また上記実施形態では電子スロットルバルブを具備した内燃機関を開示したが勿論、アイドルスピードコントロールバルブを具備した内燃機関に対して本発明を適用しても良い。さらに、蓄電装置や電装系の具体的な態様は上記実施形態のものに限定されることはなく、既存のものを含め、種々の態様のものを適用することができる。 For example, in the above-described embodiment, the aspect in which the generator is an ISG that operates also as an electric motor is disclosed. However, the present invention can also be suitably applied to a vehicle to which an alternator that operates only as a generator is applied. Moreover, although the internal combustion engine provided with the electronic throttle valve was disclosed in the said embodiment, of course, you may apply this invention with respect to the internal combustion engine provided with the idle speed control valve. Further, specific modes of the power storage device and the electrical system are not limited to those of the above-described embodiment, and various modes including the existing ones can be applied.
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 In addition, the specific configuration of each part is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
本発明は内燃機関及び当該内燃機関により駆動されて発電する発電機を搭載した車両の制御装置として利用することができる。 The present invention can be used as a control device for a vehicle equipped with an internal combustion engine and a generator that is driven by the internal combustion engine to generate electric power.
0…車両の制御装置(ECU)
100…内燃機関
110…発電機(ISG)
0 ... Vehicle control unit (ECU)
DESCRIPTION OF
Claims (1)
発電機のコイルを流れる励磁電流の許容される上限値を発電機に対して指令できるものであり、
発電機による発電量が増加する状況下において、励磁電流について一定の上限値を発電機に対して指令するか、または徐々に増大する上限値を発電機に対して指令するかを、内燃機関の運転状態に応じて選択することとし、
徐々に増大する上限値を発電機に対して指令する場合、単位時間あたりの上限値の増分を、燃料カット中は平時における徐励機能による励磁電流の増大速度よりも小さくし、さらに、アイドルないし低負荷運転時は燃料カット中よりも小さくする制御装置。 A control device for a vehicle equipped with an internal combustion engine and a generator that is driven by the internal combustion engine to generate electric power,
It is possible to command the allowable upper limit of the exciting current flowing through the generator coil to the generator,
In a situation where the amount of power generated by the generator increases, whether to command a constant upper limit value for the excitation current to the generator or a command to the generator for a gradually increasing upper limit value of the internal combustion engine. Select according to the driving condition,
When commanding the gradually increasing upper limit value to the generator, the increment of the upper limit value per unit time is made smaller than the increase rate of the excitation current by the gradual excitation function during normal times during fuel cut, A control device that makes it smaller during low-load operation than during fuel cuts.
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