JP6603985B2 - アイドリングストップスタート車両及び車両のアイドリングストップスタート制御方法 - Google Patents

Description

本発明はアイドリングストップスタート車両及び車両のアイドリングストップスタート制御方法に関し、更に詳しくは、アイドリングストップ後の再発進時のクラッチ接続操作によるショックの減少、再発進までの時間の短縮、ストップ時のエンジン回転数の低下の早期化を図ることができるアイドリングストップスタート車両及び車両のアイドリングストップスタート制御方法に関する。

近年、乗用車をはじめトラックやバスなどの商用車では、燃費の節約及び排ガスによる環境悪化の防止の観点から、駐停車や信号待ち等の停車時にエンジンを自動停止し、かつ再発進時にエンジンを自動始動する、いわゆる、アイドリングストップスタート（ＩＳＳ）機構が搭載されている。

このアイドリングストップスタート機構では、一般的には、ドライバーによる車両の停止操作若しくは車速の低下を検知した場合には、エンジンへの燃料を停止してエンジンを停止し、ドライバーによる発進操作を検知した場合には、通常のエンジン始動と同様に、バッテリ電源で駆動されるスターターを用いて燃料供給を再開して再始動している。

このアイドリングストップの制御では、運転者によるブレーキペダルの踏込を検知した場合に燃料の供給を停止し、自動車の速度が速度閾値より定速に落ちた場合にアイドリングストップ制御を開始し、エンジンと自動変速機との間のクラッチを切る制御が行われており、このエンジン停止時には、フットブレーキ機構により車両の減速を維持できるが、クラッチ切りによりエンジンブレーキが効かなくなるので制動力が低下する。この制動力の低下への対策として、下り勾配では速度閾値を下げることで、運転者に対して、飛び出し感や押し出し感あるいはブレーキの効きが悪くなったような感覚が生じるのを防止するアイドルストップ制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

従来技術においては、このアイドルストップ制御装置のように、アイドリングストップ制御が開始されると、エンジンへの燃料供給を停止すると共に、クラッチを切ることで、車軸側への動力伝達を停止して、車両を停止している。

そのため、アイドリングストップスタート制御の開始時には、エンジンブレーキの解除による制動力の低下及びエンジン回転数の低下が遅延するという問題があり、また、アイドリングストップ制御毎に、スターターによる始動及びクラッチの接続操作を行ってエンジン再始動を行うために、このクラッチ接続時のショックの問題や、スターター及びクラッチの使用頻度の増加に対処するためにスターター及びクラッチの耐久性能を向上させる必要が生じるという問題がある。また、エンジンの完全停止までの時間が長い上に、再始動でエンジン回転数が復帰するまでの時間が長いという問題もある。

特開２０１４−９８３７７号公報（段落〔０００４〕、〔００２３〕、〔００２５〕）

本発明の目的は、車両のアイドリングストップスタートにおいて、アイドルストップ時の制動力の維持、エンジン回転数の低下の早期化、再発進時のクラッチ接続によるショックの減少、スターターとクラッチの使用頻度の減少、再発進までの時間の短縮等を図ることができるアイドリングストップスタート車両及び車両のアイドリングストップスタート制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成する本発明のアイドリングストップスタート車両は、車両に搭載された内燃機関と車軸との間にクラッチを有するアイドリングストップスタート車両において、前記内燃機関がスターターのアシストを受けることなく、前記内燃機関への燃料供給の再開始だけで、前記クラッチを接続状態にしたままで、エンジン回転数を再上昇できる限界のエンジン回転数を、設定回転数として予め設定し、アイドリングストップスタート制御を行う制御装置が、前記車両の停止中にアイドリングストップ指令を受けたときに、ブレーキ機構を作動させて、その後、前記内燃機関への燃料供給を停止して前記内燃機関の運転を停止すると共に、エンジン回転数が前記設定回転数未満になるまで前記クラッチを接続状態に維持し、エンジン回転数が前記設定回転数未満になったら前記クラッチを断絶状態に切り替える制御を行うように構成され、前記制御装置が、アイドリングストップ後の再発進指令を受けたときに、エンジン回転数が前記設定回転数以上である場合には、スターターを使用せずに前記内燃機関への燃料供給の開始により前記内燃機関を再始動して再発進する。

この設定回転数は、内燃機関がスターターのアシストを受けることなく、内燃機関への燃料供給の再開始だけで、クラッチ接続状態で、エンジン回転数を再上昇できる限界のエンジン回転数である。この設定回転数は、いわば、回転数再上昇可能下限値ともいうべきエンジン回転数に関係するエンジン回転数であり、エンジン回転数がこの回転数再上昇可能下限値未満になると、内燃機関への燃料供給だけでは内燃機関を運転再開できず、燃料噴射をしても内燃機関は停止状態になってしまい、再始動にはスターターのアシスト（助力）が必要になる。この設定回転数は、内燃機関のフリクションやクラッチに接続された変速機などのフリクションに関係する回転数であり、内燃機関や内燃機関を搭載した車両にもよるので、予め実験などにより設定されるが、例えば、２００ｒｐｍ〜４００ｒｐｍ、好ましくは、２５０ｒｐｍ〜３５０ｒｐｍ程度に設定される。

この構成によれば、エンジン回転数が予め設定された設定回転数未満になるまでクラッチを接続状態に維持し、エンジン回転数が設定回転数未満になってからクラッチを断絶状態に切り替えるので、アイドリングストップスタート制御を開始してからも、クラッチが接続されている期間中は、内燃機関のクランク軸と車軸はクラッチを介して接続されているので、エンジンブレーキによる制動力が車軸側に伝達され制動力を維持でき、また、エンジン回転数も車軸側の抵抗により早期に停止することができる。これにより、エンジンの完全停止までの時間を短縮できる。

また、上記のアイドリングストップスタート車両において、前記制御装置が、アイドリングストップ後の再発進指令を受けたときに、エンジン回転数が前記設定回転数未満である場合には、前記スターターの使用と前記内燃機関への燃料供給の開始とにより前記内燃機関を再始動して再発進する制御を行うように構成される。

この構成によれば、エンジン回転数が設定回転数以上でクラッチが接続状態にあるときに、アイドリングストップ後の再発進指令を受けたときには、スターターを使用せずに内燃機関への燃料供給の開始により内燃機関を再始動して再発進するので、スターターによる始動及びクラッチの接続操作が不要になる。その結果、エンジン再始動におけるクラッチ接続のショックの問題や、スターター及びクラッチの耐久性能の問題を減少できる。また、エンジン回転数がゼロになる前に、より正確には、設定回転数になる前に、再始動するので、再始動でエンジン回転数が復帰するまでの時間を大幅に短縮できる。

そして、上記の目的を達成する本発明の車両のアイドリングストップスタート制御方法は、車両に搭載された内燃機関と車軸との間にクラッチを有する車両のアイドリングストップスタート制御方法において、前記内燃機関がスターターのアシストを受けることなく、前記内燃機関への燃料供給の再開始だけで、前記クラッチを接続状態にしたままで、エンジン回転数を再上昇できる限界のエンジン回転数を、設定回転数として予め設定し、前記車両の停止中にアイドリングストップ指令を受けたときに、ブレーキ機構を作動させて、その後、前記内燃機関への燃料供給を停止して前記内燃機関の運転を停止すると共に、エンジン回転数が前記設定回転数未満になるまで前記クラッチを接続状態に維持し、エンジン回転数が前記設定回転数未満になったら前記クラッチを断絶状態に切り替え、アイドリングストップ後の再発進指令を受けたときに、エンジン回転数が前記設定回転数以上である場合には、スターターを使用せずに前記内燃機関への燃料供給の開始により前記内燃機関を再始動して再発進することを特徴とする方法である。

また、上記の車両のアイドリングストップスタート制御方法において、アイドリングストップ後の再発進指令を受けたときに、エンジン回転数が前記設定回転数未満である場合は、前記スターターの使用と前記内燃機関への燃料供給の開始とにより前記内燃機関を再始動して再発進する。

これらの車両のアイドリングストップスタート制御方法によれば、上記のアイドリングストップスタートと同様の効果を奏することができる。

本発明のアイドリングストップスタート車両及び車両のアイドリングストップスタート制御方法によれば、アイドリングストップ指令を受けても、直ぐにクラッチを断絶状態に切り替えずにエンジン回転数が予め設定された設定回転数未満になるまでクラッチを接続状態に維持し、エンジン回転数が設定回転数未満になったらクラッチを断絶状態に切り替えるので、アイドルストップ時の制動力の維持、エンジン回転数の低下の早期化、再発進時のクラッチ接続によるショックの減少、スターターとクラッチの使用頻度の減少、再発進までの時間の短縮を図ることができる。

本発明に係る実施の形態のアイドリングストップスタート車両の構成を模式的に示す図である。 実施例のアイドリングストップスタート制御におけるエンジン回転数とクラッチの状態を模式的に示す図である。 実施例のアイドリングストップスタート制御におけるクラッチＯＮ時の再発進時のエンジン回転数とクラッチの状態を模式的に示す図である。 実施例のアイドリングストップスタート制御におけるクラッチＯＦＦ時の再発進時のエンジン回転数とクラッチの状態を模式的に示す図である。 実施例のアイドリングストップスタート制御におけるエンジン停止後の再発進時のエンジン回転数とクラッチの状態を模式的に示す図である。 従来例のアイドリングストップスタート制御におけるエンジン回転数とクラッチの状態を模式的に示す図である。 従来例のアイドリングストップスタート制御におけるエンジン停止前の再発進時のエンジン回転数とクラッチの状態を模式的に示す図である。 従来例のアイドリングストップスタート制御におけるエンジン停止後の再発進時のエンジン回転数とクラッチの状態を模式的に示す図である。

以下に、本発明に係る実施の形態のアイドリングストップスタート車両及び車両のアイドリングストップスタート制御方法について、図面を参照して説明する。なお、ここでは、トルクコンバータを備えた構成で説明しているが、本発明においては必ずしもトルクコンバータは必須の構成ではなく、本発明はトルクコンバータ無しの車両においても適用できる。

図１に示すように、本発明に係る実施の形態のアイドリングストップスタート車両（以下、車両）１は、ディーゼルエンジン等のエンジン（内燃機関）１０のクランク軸１０ａにトルクコンバータ１１と、湿式多板クラッチ等で構成されるクラッチ１２が接続され、このクラッチ１２には変速機１３の入力軸１３ａが接続されている。

この変速機１３の出力軸１３ｂはプロペラシャフト（車軸）１４に接続され、デファレンシャルギヤ（作動歯車）１５を介してドライブシャフト１６に接続されている。このドライブシャフト１６には、タイヤを装着した駆動側の車輪（後輪）１７が固定されている。この車輪１７のドライブシャフト１６にはブレーキ機構１９が設けられている。また、車両１の前方側には、従動側の車輪（前輪）１８が設けられている。

つまり、車両1は、この車両１に搭載されたエンジン１０とプロペラシャフト１４との間にクラッチ１２を有して構成される。更に、エンジン１０の始動用に、スターター２０を備えて構成される。

このスターター２０は、リングギヤとこれに噛合可能なピニオンと、そのピニオンを回転駆動するスターターモータとを有して構成されており、エンジン１０の始動時にバッテリからの電力で駆動され、始動時のみリングギヤとピニオンを噛合させて、スターターの駆動力を短時間の間だけクランク軸１０ａに伝達してクランク軸１０ａを回転駆動して、コモンレールからの蓄圧された燃料を気筒内に噴射することによるエンジン１０の運転開始をアシストする。

この車両1は、アイドリングストップスタート機構とアイドリングストップスタート制御を行う制御装置３０を備えて構成される。このアイドリングストップスタート機構は、トラックなどの積載車両に搭載されたエンジン１０を、エンジン停止の指示及びエンジン再始動の指示に応じてそれぞれエンジン１０を停止及び再始動する機構である。

さらに、本発明においては、この制御装置３０は、次のような制御を行うように構成される。つまり、車両1が駐停車や信号待ちの状態に入り、アクセル開度等からドライバーの停止の意思表示を受けた場合に、アイドリングストップスタート用のスイッチのＯＮや、車体の傾斜角判定による坂道勾配の程度や、車速やバッテリの電圧などの予め設定されたエンジン停止条件が成立しているか否かを判定し、成立しているときに、アイドリングストップ指令が発令される。

このアイドリングストップ指令を受けたときに、アイドリングストップスタート制御の許可条件に関して、エンジン１０の状態をエンジン制御モジュール（ＥＣＭ）で判定すると共に、変速機１３の状態を変速機制御モジュール（ＴＣＭ）で判定し、アイドリングストップスタート制御の許可条件を満たしてれば、エンジン１０の運転を停止してもよいと判定する。

このエンジン停止が許可された場合には、坂道勾配の程度を判定して必要に応じて、坂道発進補助装置のＨＳＡバルブを開弁して、ブレーキ配管に圧縮空気を予め設定された時間の間供給してから、ＨＳＡバルブを閉弁する。これにより、ドライバーの意識的な操作なしで、ブレーキ機構１６を作動させて、乗用車に比べて車両重量や積載量が大きくて乗用車以上に車両後退が発生し易い大型車における車両後退を防止する。

その後、エンジン１０への停止要求を指示し、エンジン制御モジュールでエンジン１０への燃料供給を停止して、エンジン１０の運転を停止する。それと共に、変速機制御モジュールでは、エンジン回転数Ｎｅが予め設定された設定回転数Ｎｅｃ未満になるまでクラッチ１２を接続状態に維持し、エンジン回転数Ｎｅが設定回転数Ｎｃ未満になったらクラッチ１２を断絶状態に切り替える制御を行う。

この設定回転数Ｎｅｃは、エンジン１０がスターター２０のアシストを受けることなく、エンジン１０への燃料供給の再開始だけで、クラッチ１２を接続状態にしたままで、自立してエンジン回転数Ｎｅを再上昇できる限界のエンジン回転数Ｎｅｄに関係するエンジン回転数Ｎｅｃである。この回転数Ｎｅｄは、いわば、回転数再上昇可能下限値ともいうべきエンジン回転数であり、この回転数再上昇可能下限値Ｎｅｄ未満になると、エンジン１０への燃料供給だけではエンジン１０を運転再開できず、燃料噴射をしてもエンジン１０は停止状態になってしまい、再始動にはスターター２０のアシストが必要になる。

このエンジン回転数Ｎｅｄは、エンジン１０のフリクションやクラッチ１２に接続された変速機１３などのフリクションに関係する回転数である。エンジン１０やこのエンジン１０を搭載した車両１にもよるので、予め実験などにより設定され、このエンジン回転数Ｎｅｄに余裕を持たせて設定回転数Ｎｅｃが設定されるが、この設定回転数Ｎｅｃは、例えば、２００ｒｐｍ〜４００ｒｐｍ、好ましくは２５０ｒｐｍ〜３５０ｒｐｍの範囲の回転数に設定される。

なお、エンジン回転数Ｎｅが予め設定された設定回転数Ｎｅｃ未満になるまでは、クラッチ１２が接続状態であるため、回転しているエンジン１０の回転トルクがプロペラシャフト１４側に伝達されているが、ブレーキ機構１９の制動力により、ドライブシャフト１６の回転が制止されているので、車輪１７は回転せず、車両１の停止状態が維持される。

また、制御装置３０は、アイドリングストップ後の再発進指令を受けたときに、エンジン回転数Ｎｅが設定回転数Ｎｅｃ以上であるか否かを判定し、エンジン回転数Ｎｅが設定回転数Ｎｅｃ以上である場合には、クラッチ１２が接続状態のまま、スターター２０を使用せずにエンジン１０への燃料供給の開始によりエンジン１０を再始動して再発進する。

一方、エンジン回転数Ｎｅが設定回転数Ｎｅｃ未満である場合には、クラッチ１２は断絶状態であるので、スターター２０の使用とエンジン１０への燃料供給の開始とによりエンジン１０を再始動して、予め設定したクラッチ接続条件を満足するようになったら、クラッチ１２を接続操作して、クラッチ１２を接続状態にして再発進する。

なお、アイドリングストップ後の再発進指令を受けたときには、坂道発進補助装置のＨＳＡバルブは閉弁状態であり、再発進時のブレーキ機構１６に対するブレーキ解除操作によりブレーキ機構１６は制動力を発揮しなくなる。

次に、本発明に係る実施の形態の車両のアイドリングストップスタート制御方法について説明する。この方法は、車両１に搭載されたエンジン１０と車軸との間にクラッチ１２を有する車両１のアイドリングストップ制御方法であり、アイドリングストップ指令を受けたときに、エンジン１０への燃料供給を停止してエンジン１０の運転を停止すると共に、エンジン回転数Ｎｅが予め設定された設定回転数Ｎｅｃ未満になるまでクラッチ１２を接続状態に維持し、エンジン回転数Ｎｅが設定回転数Ｎｅｃ未満になったらクラッチ１２を断絶状態に切り替える方法である。

また、アイドリングストップ後の再発進指令を受けたときに、エンジン回転数Ｎｅが設定回転数Ｎｅｃ以上である場合には、スターター２０を使用せずにエンジン１０への燃料供給の開始によりエンジン１０を再始動して再発進し、エンジン回転数Ｎｅが設定回転数Ｎｅｃ未満である場合は、スターター２０の使用とエンジン１０への燃料供給の開始とによりエンジン１０を再始動して再発進する。

次に、上記の車両のアイドリングストップスタート制御方法を行った時のエンジン回転数ＮｅとＩＳＳ（アイドリングストップスタート）の指令とクラッチ１２のＯＮ／ＯＦＦの関係を図２〜図５に実施例として示す。また、従来技術における車両のアイドリングストップスタート制御方法を行った時のエンジン回転数ＮｅとＩＳＳの指令とクラッチ１２のＯＮ／ＯＦＦの関係を図６〜図８に従来例として示す。

ＩＳＳで停止指令を受けたときのエンジン回転数Ｎｅとクラッチ１２のＯＮ／ＯＦＦ関係は、実施例では図２に示すように、停止指令を受けた時点ｔｓではなく、エンジン回転数Ｎｅが設定回転数Ｎｅｃ未満になった時点ｔｃでＯＦＦに切り換わるのに対して、従来例では図６に示すように、停止指令を受けた時点ｔｓでＯＦＦに切り換わる。

また、再発進指令を受けた場合には、実施例では、この再発進指令を受けた時点ｔｒがエンジン回転数Ｎｅが設定回転数Ｎｅｃ未満になる時点ｔｃより前のときは、図３に示すように、早期にエンジン回転数Ｎｅが回復する。この点が、実施例と図７に示す従来例では大きく異なる。

なお、クラッチ１２を断絶操作した後は１秒〜２秒の待機時間が必要であり、また、クラッチ１２を断絶操作した直後に接続操作すると接続時にショックが生じるので、実施例ではクラッチ１２を接続状態で維持することにより、これらを回避でき、また、クラッチ１２の断絶操作と接続操作を省略でき、断絶操作と接続操作の頻度を低減できる。

一方、この再発進指令を受けた時点ｔｒが、エンジン回転数Ｎｅが設定回転数Ｎｅｃ未満になった時点ｔｃより後のときは、エンジン回転数Ｎｅが回復するのは、図４及び図５に示すように実施例も図７及び図８に示す従来例と同じになり、また、クラッチ１２がＯＮに切り換わる時点ｔｃｒも、エンジン回転数Ｎｅが、予め設定したクラッチ接続条件を満足する、予め設定された回転数Ｎｅ１になった時点ｔｃｒとなる。

上記の実施の形態のアイドリングストップスタート車両１及び車両のアイドリングストップスタート制御方法によれば、エンジン回転数Ｎｅが設定回転数Ｎｅｃ未満になるまでクラッチ１２を接続状態に維持し、エンジン回転数Ｎｅが設定回転数Ｎｅｃ未満になってからクラッチ１２を断絶状態に切り替えるので、アイドリングストップスタート制御を開始してからも、クラッチ１２が接続されている期間中は、エンジン１０のクランク軸１０ａとプロペラシャフト１４はクラッチ１２を介して接続されているので、エンジンブレーキによる制動力がプロペラシャフト１４側に伝達され制動力を維持でき、また、エンジン回転数Ｎｅもプロペラシャフト１４側の抵抗によりエンジン回転数Ｎｅを低下させて早期に停止することができる。これにより、エンジン１０の完全停止までの時間を短縮できる。

また、エンジン回転数Ｎｅが設定回転数Ｎｅｃ以上でクラッチ１２が接続状態にあるときに、アイドリングストップ後の再発進指令を受けたときには、スターター２０を使用せずにエンジン１０への燃料供給の開始によりエンジン１０を再始動して再発進するので、スターター２０による始動及びクラッチ１２の接続操作が不要になる。その結果、エンジン再始動におけるクラッチ接続時のショックの問題や、スターター２０及びクラッチ１２の使用頻度を減少できるので、スターター２０及びクラッチ１２の耐久性能の問題を軽減できる。また、エンジン回転数Ｎｅがゼロになる前に、より正確には、設定回転数Ｎｅｃになる前にエンジン１０を再始動するので、再始動でエンジン回転数Ｎｅが復帰するまでの時間を大幅に短縮できる。

従って、アイドルストップ時の制動力の維持、エンジン回転数Ｎｅの低下の早期化、再発進時のクラッチ接続時によるショックの減少、スターター２０とクラッチ１２の使用頻度の減少、再発進までの時間の短縮を図ることができる。

１ 車両（アイドリングストップ車両）
１０ エンジン（内燃機関）
１０ａ クランク軸
１１ トルクコンバータ
１２ クラッチ
１３ 変速機
１４ プロペラシャフト（車軸）
１５ デファレンシャルギヤ
１６ ドライブシャフト
１７ 車輪（駆動輪：後輪）
１８ 車輪（従動輪：前輪）
１９ ブレーキ機構
２０ スターター
ｔｃ クラッチＯＦＦ開始時
ｔｃｒ クラッチＯＮ開始時
ｔｅ エンジン完全停止時
ｔｒ 再発進指令の受け取り時
ｔｓ 停止指令の受け取り時

Claims (4)

1. 車両に搭載された内燃機関と車軸との間にクラッチを有するアイドリングストップスタート車両において、
   前記内燃機関がスターターのアシストを受けることなく、前記内燃機関への燃料供給の再開始だけで、前記クラッチを接続状態にしたままで、エンジン回転数を再上昇できる限界のエンジン回転数を、設定回転数として予め設定し、
   アイドリングストップスタート制御を行う制御装置が、前記車両の停止中にアイドリングストップ指令を受けたときに、ブレーキ機構を作動させて、その後、前記内燃機関への燃料供給を停止して前記内燃機関の運転を停止すると共に、エンジン回転数が前記設定回転数未満になるまで前記クラッチを接続状態に維持し、エンジン回転数が前記設定回転数未満になったら前記クラッチを断絶状態に切り替える制御を行うように構成され、
   前記制御装置が、アイドリングストップ後の再発進指令を受けたときに、
   エンジン回転数が前記設定回転数以上である場合には、スターターを使用せずに前記内燃機関への燃料供給の開始により前記内燃機関を再始動して再発進することを特徴とするアイドリングストップスタート車両。
2. 前記制御装置が、アイドリングストップ後の再発進指令を受けたときに、
   エンジン回転数が前記設定回転数未満である場合には、前記スターターの使用と前記内燃機関への燃料供給の開始とにより前記内燃機関を再始動して再発進する制御を行うように構成される請求項１に記載のアイドリングストップスタート車両。
3. 車両に搭載された内燃機関と車軸との間にクラッチを有する車両のアイドリングストップスタート制御方法において、
   前記内燃機関がスターターのアシストを受けることなく、前記内燃機関への燃料供給の再開始だけで、前記クラッチを接続状態にしたままで、エンジン回転数を再上昇できる限界のエンジン回転数を、設定回転数として予め設定し、
   前記車両の停止中にアイドリングストップ指令を受けたときに、ブレーキ機構を作動させて、その後、前記内燃機関への燃料供給を停止して前記内燃機関の運転を停止すると共に、エンジン回転数が前記設定回転数未満になるまで前記クラッチを接続状態に維持し、エンジン回転数が前記設定回転数未満になったら前記クラッチを断絶状態に切り替え、
   アイドリングストップ後の再発進指令を受けたときに、
   エンジン回転数が前記設定回転数以上である場合には、スターターを使用せずに前記内燃機関への燃料供給の開始により前記内燃機関を再始動して再発進することを特徴とするアイドリングストップスタート制御方法。
4. アイドリングストップ後の再発進指令を受けたときに、
   エンジン回転数が前記設定回転数未満である場合は、前記スターターの使用と前記内燃機関への燃料供給の開始とにより前記内燃機関を再始動して再発進する請求項３に記載のアイドリングストップスタート制御方法。

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