WO2014174567A1 - エンジン停止制御装置およびエンジン停止制御方法 - Google Patents

エンジン停止制御装置およびエンジン停止制御方法 Download PDF

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engine
short
braking mode
power generation
engine stop
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望 上岡
和知　敏
俊明 伊達
典也 嵯峨山
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三菱電機株式会社
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    • F02N2200/02—Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to the engine
    • F02N2200/021—Engine crank angle

Definitions

  • the present invention when a predetermined engine stop condition is satisfied while the vehicle is running, the fuel supply to the engine is stopped, and then when the predetermined engine restart condition is satisfied, the engine speed is increased using the starter.
  • the present invention relates to an engine stop control device and an engine stop control method which are applied to a vehicle having an idling stop function for raising the fuel flow and restarting the fuel supply to the engine.
  • a field winding type in which an electromotive force is generated in the armature winding by a magnetic flux generated by passing a current through the field winding to generate power
  • a synchronous machine type generator is generally used.
  • the electromotive force generated in the coil is generally proportional to the speed of magnetic flux across the coil. Since the generator rotates synchronously with the engine via the pulley, the power generation voltage of the generator can be increased as the engine speed increases. In addition, since it will be in a charging state when the power generation voltage of a generator is higher than the voltage between terminals of a battery, when a power generation voltage falls below the voltage between terminals of a battery, it does not generate
  • torque due to short-circuit braking is generated by internally consuming the electromotive force of the armature winding, so that the torque can be generated even in the extremely low rotation range without being restricted by the battery voltage.
  • magnetic generators always generate magnetic flux in the rotor, so no new power is required during short-circuit braking, whereas field-winding generators do not require short-circuit braking. Since a magnetic flux must be generated by passing a current through the field winding, extra power is consumed.
  • the power generation braking torque is dependent on the battery voltage
  • the short circuit braking torque is not dependent on the battery voltage
  • the braking torque characteristics in the power generation braking mode and the braking torque characteristics in the short circuit braking mode are used. It can be seen that generally does not match.
  • Patent Document 1 describes a method of controlling a stop position using a power generation braking torque.
  • the power generation braking torque is controlled so as to coincide with the target number of rotations (rotation reduction behavior) to stop rotation. ing.
  • the rotational speed behavior in the low rotation range that cannot be controlled by the power generation braking torque is made uniform, and the engine is stopped in a specific crank angle range.
  • Patent Document 2 describes a method for controlling a stop position using a short-circuit braking torque.
  • the engine is accurately stopped in the vicinity of the target stop position by generating the short-circuit braking torque even in the low rotation range where the power generation braking torque cannot be generated.
  • Patent Document 3 describes a method for controlling the stop position using a short-circuit braking torque, as in Patent Document 2. In this method, when the engine becomes less than a predetermined rotational speed, the engine is stopped by short-circuiting the energized phase of the motor and generating a short-circuit braking torque.
  • the invention according to Patent Document 2 uses a magnet-type electric motor, and a short-circuit braking torque can be obtained by short-circuiting each energized phase.
  • a short-circuit braking torque can be obtained by short-circuiting each energized phase.
  • the magnetic flux is generated by a field current, and the short-circuit braking torque also changes depending on the magnitude of the current.
  • it is not possible to obtain a short-circuit braking torque and it is necessary to appropriately control the field current so that the engine stops rotating at the target stop position.
  • the predetermined number of revolutions to switch to the short-circuit braking mode is not set in consideration of the state of the field winding, it is possible to switch to the short-circuit braking mode regardless of the number of revolutions at which the engine can generate power. As a result, there is a risk that kinetic energy during deceleration is wasted.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and uses a field winding generator to accurately stop the engine at a target stop position without causing backlash.
  • An object of the present invention is to obtain an engine stop control device and an engine stop control method with low power consumption and high energy efficiency.
  • the engine stop control device stops the fuel supply to the engine to stop the engine when the engine stop condition is satisfied, and then restarts the engine when the engine restart condition is satisfied.
  • a field winding generator whose phase is switched by a semiconductor switch, a power generation braking mode in which power generation braking torque is applied to the engine by the power generation operation of the generator, and each energized phase of the armature winding is short-circuited by the semiconductor switch And switching the short-circuit braking mode for applying a short-circuit braking torque to the engine by passing a field current through the field winding.
  • An engine stop unit and when the engine stop condition is satisfied, the engine stop unit first selects a power generation braking mode, applies a power generation braking torque to the engine, and then selects a short circuit braking mode, A short-circuit braking torque is applied to the engine.
  • the engine stop control method stops the fuel supply to the engine and stops the engine when the engine stop condition is satisfied, and then restarts the engine when the engine restart condition is satisfied.
  • the engine stop unit when the engine stop condition is satisfied, the engine stop unit first selects the power generation braking mode for applying the power generation braking torque to the engine by the power generation operation of the generator. , Applying power generation braking torque to the engine, then short-circuiting each energized phase of the armature winding by a semiconductor switch, and applying a field current to the field winding to apply a short-circuit braking torque to the engine Select the short-circuit braking mode and apply a short-circuit braking torque to the engine.
  • the step of selecting the power generation braking mode for applying the power generation braking torque to the engine by the power generation operation of the generator and this step Subsequently, a step of selecting a short-circuit braking mode for applying a short-circuit braking torque to the engine by short-circuiting each energized phase of the armature winding by a semiconductor switch and causing a field current to flow through the field winding; have. Therefore, it is possible to obtain an engine stop control device and an engine stop control method with high energy efficiency and low power consumption while accurately stopping the engine at the target stop position without causing swing back.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the engine stop control apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention.
  • (A)-(c) is explanatory drawing which shows the relationship between each of the engine speed, power generation voltage, and battery current in the engine stop control apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention, and time. It is explanatory drawing which shows the power generation braking torque characteristic of the generator in the engine stop control apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is explanatory drawing which shows the short circuit braking torque characteristic of the generator in the engine stop control apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a flowchart which shows the control processing of the engine stop control apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an engine stop control device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the engine stop control device includes a field winding generator 10 (hereinafter simply referred to as “generator 10”), an armature winding drive circuit 20, a generator power sensor 30, and a battery voltage sensor 40.
  • a battery 50 a generator drive unit 60, an engine stop unit 70, and an engine control unit 80.
  • the generator 10 has an armature winding 11, a field winding 12, and a field winding drive circuit 13.
  • the armature winding drive circuit 20 has six semiconductor switches (UH, VH, WH, UL, VL, WL).
  • the generator drive unit 60 includes a field winding drive command value generation unit 61 and a semiconductor switch control unit 62.
  • the armature winding 11 is a stator
  • the field winding 12 is a rotor.
  • the energized phase energized in the armature winding 11 is switched by a semiconductor switch.
  • the generator 10 controls the field current flowing through the field winding 12 to control the generated voltage or generated current, or the generated braking torque, and charges the battery 50 connected to the outside.
  • the rotating shaft of the generator 10 is connected to an engine (not shown) and rotates in synchronization with the rotation of the engine. During power generation, part of the engine output is converted into electric power.
  • an electromotive force is generated when the magnetic flux generated by the current flowing in the field winding 12 is linked to the armature winding 11.
  • the magnitude of the electromotive force is proportional to the change per unit time in which the magnetic flux generated in the field winding 12 is linked. That is, the greater the current flowing through the field winding 12, and the higher the engine speed, the greater the electromotive force that is generated.
  • the field winding 12 generates a magnetic flux by itself by the power from the battery 50.
  • the magnitude of the magnetic flux generated in the field winding 12 is proportional to the magnitude of the current flowing in the field winding 12.
  • the magnitude of the current flowing through the field winding 12 is determined by the field winding drive command value generator 61 so that the target value is determined by the field winding drive circuit 13 so as to match the target value. Be controlled.
  • the armature winding drive circuit 20 is generally called a full-wave rectification circuit, and full-wave rectifies the three-phase AC waveform generated in the armature winding 11 so that it can be handled as a direct current.
  • a diode is used as the rectifying element, but the diode has a large loss during rectification. Therefore, in this armature winding drive circuit 20, the efficiency at the time of rectification is increased by turning on and off a semiconductor switch having a small loss instead of a diode in accordance with the electrical angle of the three-phase alternating current.
  • the generator power sensor 30 is a sensor that can detect the terminal voltage and current of the generator 10, and is connected to the generator drive unit 60.
  • the battery voltage sensor 40 is a sensor that can detect the voltage of the battery 50, and is connected to the engine stop unit 70.
  • the battery 50 is charged by the generator 10 and is connected to a vehicle electric load of another system (not shown) and supplies electric power to this electric load.
  • the generator drive unit 60 includes a field winding drive command value generation unit 61 and a semiconductor switch control unit 62 inside, and generates a power generation command from the engine control unit 80 or a braking command (power generation braking from the engine stop unit 70).
  • the generator 10 is controlled according to the command and the short-circuit braking command.
  • the field winding drive command value generation unit 61 calculates a target value of the current flowing through the field winding 12 in accordance with a power generation command from the engine control unit 80 and a braking command from the engine stop unit 70.
  • the semiconductor switch control unit 62 can extract the generated power as a direct current according to the electrical angle of the three-phase AC. In this manner, the semiconductor switch is commanded to be turned on / off.
  • the semiconductor switch control unit 62 turns off the upper semiconductor switches (UH, VH, WH) and lower semiconductor switches (UL, VL, WL) is turned on, and the energized phase of the armature winding 11 is short-circuited (three-phase short-circuit).
  • the upper semiconductor switch may be turned on and the lower semiconductor switch may be turned off.
  • the engine stop unit 70 determines an optimal engine stop method based on information such as the engine speed transmitted from the engine control unit 80, voltage information output from the battery voltage sensor 40, etc.
  • the engine 60 is commanded to engine braking (power generation braking, short-circuit braking).
  • the engine control unit 80 controls the amount of air flowing into the engine, the ignition timing of the engine, the fuel injection amount, and the like based on information such as an accelerator pedal and a shift (not shown) so that the output required by the driver and the vehicle is obtained. To control the engine output.
  • the engine control unit 80 stops fuel injection to the engine when a predetermined engine stop condition (for example, a brake depression operation at a vehicle speed of 15 km / h or less) is satisfied, and a predetermined engine restart condition (for example, When a brake release operation, accelerator depression operation, etc.) are established, the engine is rotated by a starter (starting device) (not shown) and fuel injection to the engine is restarted (so-called idling stop function).
  • a predetermined engine stop condition for example, a brake depression operation at a vehicle speed of 15 km / h or less
  • a predetermined engine restart condition for example, When a brake release operation, accelerator depression operation, etc.
  • step S101 it is determined whether or not a predetermined engine stop condition is satisfied (step S101). If it is determined in step S101 that the engine stop condition is not satisfied (that is, No), the control process of FIG.
  • step S101 determines whether the engine stop condition is satisfied (that is, Yes). If it is determined in step S101 that the engine stop condition is satisfied (that is, Yes), the target stop position is determined using a map of target stop positions set in advance for each predetermined engine speed range. The position is calculated (step S102).
  • step S103 a target rotational speed (or a locus thereof) is calculated.
  • step S104 an engine stop process subroutine is executed (step S104), and the control process of FIG. 5 ends.
  • step S201 it is determined whether or not a predetermined braking mode switching condition set in advance is satisfied. If it is determined in step S201 that the braking mode switching condition is not satisfied (that is, No), the braking mode is set to the dynamic braking mode (step S202).
  • the braking mode switching condition is that the engine speed is less than a predetermined speed, and the current from the generator 10 to the battery 50 detected by the generator power sensor 30 is a predetermined value near zero A. It is mentioned that it was within the range. Further, the predetermined number of revolutions may be calculated based on the electrical time constant of the field winding 12, or when a rated current is passed through the field winding 12, the generator power sensor 30 The detected rotational speed of the generator 10 may be lower than the battery voltage detected by the battery voltage sensor 40.
  • the target braking torque is calculated by arbitrarily multiplying the difference between the target rotational speed and the current engine rotational speed by a predetermined number (step S203). Subsequently, in the field winding drive command value generation unit 61, a target field current necessary for realizing the target braking torque calculated in step S203 is calculated from the above-described power generation braking torque characteristics (step S204). ).
  • the field winding drive command value generation unit 61 commands the field winding drive circuit 13 to calculate the target field current calculated in step S204 (step S205). Subsequently, the semiconductor switch control unit 62 switches the energized phase using the semiconductor switch so that the power generation operation is performed (step S206), and the process proceeds to step S222. At this time, the semiconductor switch is switched by the armature winding drive circuit 20 based on a command from the semiconductor switch control unit 62.
  • step S201 determines whether or not the braking mode switching condition is satisfied (that is, Yes)
  • the current engine speed (Ne) is changed to the short-circuit braking mode switching speed (predetermined preset value). It is determined whether or not it is less than (Ne) (step S207).
  • the short-circuit braking mode switching speed is calculated based on the electrical time constant of the field winding 12.
  • step S207 If it is determined in step S207 that the current engine speed is equal to or higher than the short-circuit braking mode switching speed (that is, No), the braking mode is set to the high-speed short-circuit braking mode (step S208).
  • the target braking torque is calculated by arbitrarily multiplying the difference between the target rotational speed and the current average rotational speed of the engine by an arbitrary predetermined number (step S209). Subsequently, in the field winding drive command value generation unit 61, the target field current necessary for realizing the target braking torque calculated in step S208 is calculated from the above-described short-circuit braking torque characteristics (step S210). ).
  • the field winding drive command value generating unit 61 commands the target field current calculated in step S210 to the field winding drive circuit 13 (step S211). At this time, the field current is controlled to be constant.
  • step S212 the engine speed is differentiated with respect to time, and the engine rotational acceleration (dNe) is calculated (step S212).
  • step S212 whether the engine rotational acceleration calculated in step S212 is positive or negative is determined (step S213).
  • step S213 If it is determined in step S213 that the engine rotational acceleration is positive (greater than zero) (that is, Yes), the semiconductor switch control unit 62 uses a semiconductor switch so that a short-circuit braking operation is performed.
  • the energized phase is short-circuited (step S214), and the process proceeds to step S222.
  • the semiconductor switch is switched by the armature winding drive circuit 20 based on a command from the semiconductor switch control unit 62.
  • step S213 determines whether the engine rotational acceleration is negative (below zero or less) (ie, No).
  • the semiconductor switch control unit 62 sets the semiconductor switch to prevent short circuit braking operation.
  • the circuit is opened by using (step S215), and the process proceeds to step S222.
  • the semiconductor switch is switched by the armature winding drive circuit 20 based on a command from the semiconductor switch control unit 62.
  • step S207 if it is determined in step S207 that the current engine speed is less than the short-circuit braking mode switching speed (ie, Yes), the braking mode is set to the low-rotation short-circuit braking mode (step S216). ).
  • the engine rotational speed is differentiated with respect to time, and the engine rotational acceleration is calculated (step S217).
  • the target braking torque is calculated by arbitrarily multiplying the difference between the target rotational speed and the current average rotational speed of the engine (step S218).
  • the field winding drive command value generation unit 61 calculates the target field current necessary for realizing the target braking torque calculated in step S218 from the above-described short-circuit braking torque characteristics (step S219). ). Next, the field winding drive command value generation unit 61 commands the field winding drive circuit 13 to calculate the target field current calculated in step S219 (step S220).
  • step S221 the semiconductor switch control unit 62 short-circuits the energized phase using the semiconductor switch so that a short circuit braking operation is performed (step S221), and the process proceeds to step S222.
  • the semiconductor switch is switched by the armature winding drive circuit 20 based on a command from the semiconductor switch control unit 62.
  • step S222 it is determined whether or not the engine has been stopped.
  • the engine is stopped when the engine is within a predetermined rotation speed range arbitrarily set near zero rotation for a predetermined time set in advance.
  • step S222 If it is determined in step S222 that the engine has stopped (that is, Yes), the processing in FIG. 6 ends. On the other hand, if it is determined in step S222 that the engine is not stopped (rotating) (ie, No), the process returns to step S201 and the process is repeatedly executed.
  • the processing result of the engine stop control device according to Embodiment 1 of the present invention is determined using only the power generation braking torque (only the power generation braking mode).
  • the short-circuit braking modes the high-rotation short-circuit braking mode and the low-rotation short-circuit braking mode shown in steps S208 and 216 in FIG. 6 will be described later with reference to FIGS.
  • the horizontal axis indicates time.
  • the vertical axis in FIG. 7 indicates, from the top, the brake operation of the driver, the engine stop condition calculated in the engine control unit 80, the engine braking mode calculated in the engine stop unit 70, the engine speed, and the engine rotation. Number, target braking torque, actual braking torque, and engine crank angle.
  • the solid line indicates the operation when the engine stop position is controlled by the processing according to the first embodiment of the present invention
  • the alternate long and short dash line indicates the engine stop position using only the power generation braking torque.
  • the dotted line indicates the operation according to the related art in which the stop position of the engine is controlled using only the short-circuit braking torque.
  • a predetermined engine stop condition is satisfied.
  • the engine stop unit 70 receives the establishment of the engine stop condition transmitted from the engine control unit 80, and determines whether or not a predetermined engine braking mode switching condition is established. As a result, since the condition is satisfied, the engine stop unit 70 sets the engine braking mode to the dynamic braking mode.
  • the target braking torque is calculated, and the field braking current rises with a predetermined time constant, so that the power generation braking torque is generated.
  • braking by power generation braking torque is not executed in this region. It becomes moderate compared to.
  • the predetermined engine braking mode switching condition changes from being satisfied to not being satisfied.
  • the engine stop unit 70 sets the engine braking mode to the short-circuit braking mode.
  • the engine speed is lower than the power generation lower limit speed NE1 at time T3, and the power generation braking torque is reduced. Furthermore, since the power generation braking torque cannot be applied after time T3, the behavior until the engine is stopped is determined by the inertia of the engine, and does not necessarily stop near the calculated target stop position.
  • the field current does not flow until immediately before, so the field current increases with a predetermined time constant. Therefore, a certain amount of predetermined time is required until the target braking torque can be realized. During this time, the engine speed changes gradually with respect to the target engine speed. As a result, the time until the target stop position is reached is delayed.
  • the engine reaches the target stop position.
  • the target braking torque is changed to zero, but since the field current decreases with a time constant, the braking torque is generated for a certain predetermined period. Therefore, the engine does not reversely rotate (shake back).
  • the engine speed in the prior art in which the engine stop position is controlled only in the dynamic braking mode reaches zero. Since the braking torque is not applied (not controlled) from time T3 to time T5, the stop position at the time of zero rotation is greatly deviated from the target stop position. In addition, since the braking torque is not applied immediately before the engine stops rotating, the engine reversely rotates (shakes back).
  • the required energy is greater than that of the first embodiment of the present invention.
  • the engine speed according to the prior art in which the engine stop position is controlled only in the power generation braking mode reaches zero after reverse rotation.
  • the engine stop angle is closer to the target stop position than the engine crank angle at time T5
  • the braking torque is not controlled near the target stop position, so the engine stops near the target stop position. You can see that they are not.
  • FIGS. 8 and 9 show the high rotation short circuit braking mode (near time T3 in the short circuit braking mode shown in FIG. 7), and FIG. 9 shows the low rotation short circuit braking mode (near time T4 in the short circuit braking mode shown in FIG. 7). ).
  • the horizontal axis indicates time. 8 and 9 indicate the engine speed, rotational acceleration, field current, semiconductor switch, and braking torque in order from the top. 8 and 9, the target rotational speed, the target torque, and the actual braking torque are actually represented by diagonal lines, but are represented by straight lines for simplicity.
  • the instantaneous rotational speed pulsates with a predetermined width because the vertical movement of a plurality of pistons is changed to rotational movement.
  • the average rotation speed is calculated near the center of the amplitude.
  • Rotational acceleration is obtained by differential calculation of instantaneous rotational speed.
  • the field current is controlled to be a constant value based on an average target torque (described later) and a short-circuit braking torque characteristic.
  • the semiconductor switch is turned on when the rotational acceleration is positive (three-phase short-circuit execution), and turned off when the rotational acceleration is negative (circuit open, no three-phase short-circuited). Also, the braking torque is not generated when the semiconductor switch is off (circuit open, no three-phase short circuit), and when the semiconductor switch is on (three-phase short circuit execution), a predetermined magnitude of braking torque is generated. .
  • the average target torque is obtained based on the difference between the average rotational speed and the target rotational speed.
  • the instantaneous rotational speed pulsates with a predetermined width because the vertical movement of a plurality of pistons is changed to rotational movement.
  • the average rotation speed is calculated near the center of the amplitude.
  • Rotational acceleration is obtained by differential calculation of instantaneous rotational speed. Further, the field current is controlled to a magnitude necessary for realizing the target torque based on the short-circuit braking torque characteristics of the generator 10.
  • the semiconductor switch is always on (three-phase short-circuit execution).
  • the braking torque is controlled with a value corresponding to the rotational acceleration. That is, if the rotational acceleration is positive, the braking torque is large, and if the rotational acceleration is negative, the braking torque is small.
  • the average target torque is obtained based on the difference between the average rotational speed and the target rotational speed.
  • the target torque is calculated as a value obtained by adding a value obtained by arbitrarily multiplying the rotational acceleration to the average target torque.
  • the engine stop unit when the engine stop condition is satisfied, the engine stop unit first selects the power generation braking mode for applying the power generation braking torque to the engine by the power generation operation of the generator. Then, by applying a power generation braking torque to the engine, and then short-circuiting each energized phase of the armature winding by a semiconductor switch, a short-circuit braking torque is applied to the engine by flowing a field current through the field winding. Select the short-circuit braking mode to apply and apply short-circuit braking torque to the engine. Therefore, it is possible to obtain an engine stop control device and an engine stop control method with high energy efficiency and low power consumption while accurately stopping the engine at the target stop position without causing swing back. That is, the period of the short-circuit braking mode can be shortened as much as possible to reduce power consumption, and kinetic energy can be recovered as electrical energy as much as possible.
  • the controllability of the stop position control can be improved in a wide rotation range by switching the braking modes having different torque characteristics.
  • the engine stop unit switches from the power generation braking mode to the short-circuit braking mode when the rotational speed of the engine becomes less than the predetermined rotational speed.
  • the braking mode can be switched at an appropriate timing without adding a special device.
  • the predetermined number of revolutions is calculated based on the time constant of the field winding.
  • the predetermined rotational speed is a rotational speed at which the generated voltage of the generator falls below the battery voltage of the battery connected to the generator when a rated current is passed through the field winding. Therefore, since the power generation braking mode is maintained up to the power generation limit rotational speed, kinetic energy can be regenerated and stored as electric power, and high energy efficiency can be realized.
  • the engine stop unit switches from the power generation braking mode to the short-circuit braking mode when the current flowing from the generator to the battery falls within a predetermined range near zero A.
  • the power generation braking mode can be maintained until the last minute, so that kinetic energy can be regenerated and stored as electric power, and high energy efficiency can be realized.
  • the engine stop unit controls the field current so that the short-circuit braking torque increases as time elapses after switching to the short-circuit braking mode. Therefore, by controlling the field current so that the torque in the low rotation range increases, it is possible to prevent the swinging back.
  • the engine stop unit controls the short-circuit braking mode by controlling the field current to a constant current value and switching the short-circuit braking on and off by the semiconductor switch, and the short-circuit braking by the semiconductor switch.
  • the short-circuit braking mode switching speed calculated based on the time constant of the field winding is divided into the low-rotation short-circuit braking mode in which the field current is controlled to a current value that generates torque that cancels engine rotational fluctuations.
  • the high-rotation short-circuit braking mode and the low-rotation short-circuit braking mode are switched according to.
  • the engine can be accurately stopped at the target stop position, and variation between cylinders can be reduced regardless of the rotational speed. , Drivability can be improved. Further, by calculating the short-circuit braking mode switching speed based on the time constant of the field winding, it is possible to enhance the effect of suppressing fluctuations in the engine speed.
  • the generator is a generator motor. Therefore, even if the vehicle is equipped with a generator motor as a restarting starter, the present invention can be applied, and drivability can be improved without significant hardware changes.

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Abstract

　界磁巻線型の発電機を用いて、揺り戻しを発生させることなく、目標停止位置に精度良くエンジンを停止させるとともに、消費電力が少なく、エネルギ効率の高いエンジン停止制御装置およびエンジン停止制御方法を得る。　エンジン停止部は、エンジン停止条件が成立した場合に、まず発電機の発電動作によって、エンジンに対して発電制動トルクをかける発電制動モードを選択して、エンジンに対して発電制動トルクをかけ、その後半導体スイッチによって電機子巻線の各通電相を短絡するとともに、界磁巻線に界磁電流を流すことにより、エンジンに対して短絡制動トルクをかける短絡制動モードを選択して、エンジンに対して短絡制動トルクをかける。

Description

エンジン停止制御装置およびエンジン停止制御方法
　この発明は、車両走行中に所定のエンジン停止条件が成立した場合に、エンジンへの燃料供給を停止し、その後所定のエンジン再始動条件が成立した場合に、始動装置を用いてエンジンの回転数を上昇させるとともに、エンジンへの燃料供給を再開するアイドリングストップ機能を備えた車両に適用されるエンジン停止制御装置およびエンジン停止制御方法に関する。
　アイドリングストップ機能を備えた車両では、ドライバの運転操作によってエンジンの再始動が要求された場合に、即座に再始動する迅速性が求められる。このとき、膨張行程で停止状態にある気筒に燃料を噴射することで迅速な再始動が可能となるが、膨張行程にあるクランク角範囲の中でも、ある特定のクランク角範囲にエンジンを停止させることにより、再始動性が向上することが知られている。
　そこで、エンジンの停止位置を適切な位置に制御することが必要となるが、ピストンのポンピングによって、エンジンの回転数は常に変動している。また、エンジンのフリクション等の要因によって、回転の低下挙動（減速度）はエンジン毎に異なる。そのため、エンジンの停止位置を適切な位置に精度良く制御することができないという問題があった。
　このような問題を解決する方法として、発電機の発電制動トルクを用いてエンジンの停止位置を制御する方法（例えば、特許文献１参照）や、電機子巻線の三相短絡による短絡制動トルクを用いてエンジンの停止位置を制御する方法（例えば、特許文献２、３参照）が提案されている。なお、各特許文献の制御の詳細については、後述する。
　ここで、車両に搭載される発電機の種類としては、界磁巻線に電流を流すことで発生する磁束により、電機子巻線に起電力を生じさせて発電動作とする界磁巻線型（同期機型）の発電機が一般的である。また、界磁巻線型の発電機に制動をかける方法は２つあり、一方は発電による発電制動であり、他方は電機子巻線の短絡による短絡制動である。
　コイルに発生する起電力は、一般にコイルを横切る磁束の速さに比例する。発電機は、プーリを介してエンジンと同期回転しているので、エンジンの回転数が高いほど、発電機の発電電圧を高くすることができる。なお、発電機の発電電圧がバッテリの端子間電圧よりも高い場合に充電状態となるので、発電電圧がバッテリの端子間電圧を下回った場合は発電動作とならず、発電制動トルクは発生しない。
　一方、短絡制動によるトルクは、電機子巻線の起電力を内部で消費することにより発生するものなので、バッテリ電圧の制約を受けない上に、極低回転域でもトルクを発生させることができる。しかしながら、磁石式の発電機では、回転子に常時磁束が発生しているので、短絡制動時に新たな電力を必要としないのに対して、界磁巻線型の発電機では、短絡制動を行うにあたり、界磁巻線に電流を流して磁束を発生させなければならないので、余分な電力が消費される。
　また、発電制動トルクは、バッテリ電圧に依存性があること、および短絡制動トルクは、バッテリ電圧に依存性がないことから、発電制動モード時における制動トルク特性と、短絡制動モード時における制動トルク特性とは、一般に一致しないことが分かる。
　ここで、特許文献１には、発電制動トルクを用いて停止位置を制御する方法が記載されている。この方法では、上述したように、低回転域で十分な発電制動トルクを発生させることができないので、回転停止に至る目標回転数（回転低下挙動）と一致させるように、発電制動トルクを制御している。これにより、発電制動トルクで制御できない低回転域の回転数挙動を揃え、特定のクランク角範囲にエンジンを停止させることとしている。
　また、特許文献２には、短絡制動トルクを用いて停止位置を制御する方法が記載されている。この方法では、上述したように、発電制動トルクを発生させることができない低回転域においても短絡制動トルクを発生させることにより、目標停止位置付近に精度良くエンジンを停止させることとしている。
　また、特許文献３には、特許文献２と同様に、短絡制動トルクを用いて停止位置を制御する方法が記載されている。この方法では、エンジンが所定回転数未満となった場合に、電動機の通電相を短絡して、短絡制動トルクを発生させることにより、エンジンを停止させることとしている。
特開２０１０－４３５３２号公報 特開２００１－１９３５４０号公報 特開２００８－１３７５５０号公報
　しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
　特許文献１に係る発明において、再始動性を向上させるためには、上述したクランク角範囲をより精度良く制御する必要があるが、極低回転域で発電制動トルクを確保することができないので、エンジンの逆回転（揺り戻し）が発生し、逆回転中に再始動要求があった場合には、正転中よりも大きな駆動力が必要になるので、結果的に始動性が低下するという問題がある。
　また、特許文献２に係る発明は、磁石式の電動機を用いたものであり、各通電相を短絡することで短絡制動トルクを得ることができる。ここで、特許文献２に係る発明を界磁巻線型の発電機に適用すると、磁束は界磁電流によって発生し、電流の大きさによって短絡制動トルクも変化することから、単に通電相を短絡するだけでは短絡制動トルクを得ることができず、さらに、目標停止位置でエンジンが回転停止するように、界磁電流を適切に制御する必要があるという問題がある。
　また、特許文献３に係る発明では、エンジンが所定回転数未満となった場合に、電動機の通電相を短絡して、短絡制動トルクを発生させるが、界磁巻線は、一般に電機子巻線に比べてインダクタンス成分が大きく、電圧の変化に対する電流の変化には、応答遅れが伴う。そのため、特許文献３に係る発明では、電動機に短絡制動トルクの発生を指令してから、実際にエンジンが停止するまでに応答遅れが発生するので、エンジンを速やかに停止させることができないという問題がある。
　ここで、界磁電流が流れていない状態から所望の電流まで達する時間よりも、界磁電流が流れている状態から所望の電流まで達する時間の方が、短くなることが知られている。特許文献３に係る発明は、磁石式の電動機を用いたものなので、界磁巻線を持たず、また、短絡制動モードに切り替える直前の界磁電流の状態が明確でないので、界磁巻線型の発電機に適用した場合に、応答遅れが発生する恐れがある。
　さらに、短絡制動モードに切り替える所定回転数は、界磁巻線の状態を考慮して設定されたものではないので、エンジンが発電可能な回転数であるにもかかわらず、短絡制動モードに切り替わる可能性があり、結果的に減速時の運動エネルギが無駄に消費される恐れがある。
　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、界磁巻線型の発電機を用いて、揺り戻しを発生させることなく、目標停止位置に精度良くエンジンを停止させるとともに、消費電力が少なく、エネルギ効率の高いエンジン停止制御装置およびエンジン停止制御方法を得ることを目的とする。
　この発明に係るエンジン停止制御装置は、エンジン停止条件が成立した場合に、エンジンへの燃料供給を停止してエンジンを停止させ、その後エンジン再始動条件が成立した場合に、エンジンを再始動させるエンジン制御部を備えた車両に適用されるエンジン停止制御装置であって、エンジンに接続され、界磁巻線に流れる界磁電流を制御することで発電量を制御するとともに、電機子巻線の通電相が半導体スイッチによって切り替えられる界磁巻線型の発電機と、発電機の発電動作によって、エンジンに対して発電制動トルクをかける発電制動モードと、半導体スイッチによって電機子巻線の各通電相を短絡するとともに、界磁巻線に界磁電流を流すことにより、エンジンに対して短絡制動トルクをかける短絡制動モードとを切り替えるエンジン停止部と、を備え、エンジン停止部は、エンジン停止条件が成立した場合に、まず発電制動モードを選択して、エンジンに対して発電制動トルクをかけ、その後短絡制動モードを選択して、エンジンに対して短絡制動トルクをかけるものである。
　また、この発明に係るエンジン停止制御方法は、エンジン停止条件が成立した場合に、エンジンへの燃料供給を停止してエンジンを停止させ、その後エンジン再始動条件が成立した場合に、エンジンを再始動させる車両に適用されるエンジン停止制御装置によって実行されるエンジン停止制御方法であって、エンジン停止条件が成立した場合に、エンジンに接続され、界磁巻線に流れる界磁電流を制御することで発電量を制御する発電機の発電動作によって、エンジンに対して発電制動トルクをかける発電制動モードを選択するステップと、発電制動モードを選択するステップに続いて、発電機の電機子巻線の通電相を切り替える半導体スイッチによって、電機子巻線の各通電相を短絡するとともに、界磁巻線に界磁電流を流すことにより、エンジンに対して短絡制動トルクをかける短絡制動モードを選択するステップと、を有するものである。
　この発明に係るエンジン停止制御装置によれば、エンジン停止部は、エンジン停止条件が成立した場合に、まず発電機の発電動作によって、エンジンに対して発電制動トルクをかける発電制動モードを選択して、エンジンに対して発電制動トルクをかけ、その後半導体スイッチによって電機子巻線の各通電相を短絡するとともに、界磁巻線に界磁電流を流すことにより、エンジンに対して短絡制動トルクをかける短絡制動モードを選択して、エンジンに対して短絡制動トルクをかける。
　また、この発明に係るエンジン停止制御方法によれば、エンジン停止条件が成立した場合に、発電機の発電動作によって、エンジンに対して発電制動トルクをかける発電制動モードを選択するステップと、このステップに続いて、半導体スイッチによって電機子巻線の各通電相を短絡するとともに、界磁巻線に界磁電流を流すことにより、エンジンに対して短絡制動トルクをかける短絡制動モードを選択するステップとを有している。
　そのため、揺り戻しを発生させることなく、目標停止位置に精度良くエンジンを停止させるとともに、消費電力が少なく、エネルギ効率の高いエンジン停止制御装置およびエンジン停止制御方法を得ることができる。
この発明の実施の形態１に係るエンジン停止制御装置を示す構成図である。 （ａ）～（ｃ）は、この発明の実施の形態１に係るエンジン停止制御装置におけるエンジン回転数、発電電圧およびバッテリ電流のそれぞれと、時間との関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係るエンジン停止制御装置における発電機の発電制動トルク特性を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係るエンジン停止制御装置における発電機の短絡制動トルク特性を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係るエンジン停止制御装置の制御処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係るエンジン停止制御装置のエンジン停止処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係るエンジン停止制御装置の処理結果を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１に係るエンジン停止制御装置の制御処理における高回転短絡制動モードを示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１に係るエンジン停止制御装置の制御処理における低回転短絡制動モードを示すタイミングチャートである。
　以下、この発明に係るエンジン停止制御装置およびエンジン停止制御方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
　実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１に係るエンジン停止制御装置を示す構成図である。図１において、このエンジン停止制御装置は、界磁巻線型の発電機１０（以下、単に「発電機１０」と称する）、電機子巻線駆動回路２０、発電機電力センサ３０、バッテリ電圧センサ４０、バッテリ５０、発電機駆動部６０、エンジン停止部７０およびエンジン制御部８０を備えている。
　発電機１０は、電機子巻線１１、界磁巻線１２および界磁巻線駆動回路１３を有している。電機子巻線駆動回路２０は、６個の半導体スイッチ（ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬ）を有している。また、発電機駆動部６０は、界磁巻線駆動指令値生成部６１および半導体スイッチ制御部６２を有している。
　発電機１０において、電機子巻線１１は固定子であり、界磁巻線１２は回転子である。また、電機子巻線１１に通電される通電相は、半導体スイッチにより切り替えられる。発電機１０は、界磁巻線１２に流れる界磁電流を制御することで、発電電圧もしくは発電電流、または発電制動トルクを制御するとともに、外部に接続されたバッテリ５０を充電する。なお、発電機１０の回転軸は、図示しないエンジンに接続され、エンジンの回転に同期して回転しており、発電時は、エンジン出力の一部が電力に変換される。
　電機子巻線１１について、界磁巻線１２に流れる電流により発生した磁束が、電機子巻線１１を鎖交すると、起電力が発生する。ここで、起電力の大きさは、界磁巻線１２に発生する磁束が鎖交する単位時間あたりの変化に比例する。つまり、界磁巻線１２に流れる電流が大きければ大きいほど、また、エンジン回転数が高ければ高いほど、発生する起電力は大きくなる。
　界磁巻線１２は、バッテリ５０からの電力により、自身に磁束を生じさせる。界磁巻線１２に発生する磁束の大きさは、界磁巻線１２に流れる電流の大きさに比例する。ここで、界磁巻線１２に流れる電流の大きさは、界磁巻線駆動指令値生成部６１によって目標値が決定され、この目標値に一致するように、界磁巻線駆動回路１３によって制御される。
　電機子巻線駆動回路２０は、一般に全波整流回路と呼ばれ、電機子巻線１１で発生した三相交流波形を全波整流して、直流として取り扱えるようにする。なお、通常は、整流素子としてダイオードが用いられるが、ダイオードは整流時のロスが大きい。そこで、この電機子巻線駆動回路２０では、ダイオードの代わりにロスが小さい半導体スイッチを、三相交流の電気角に応じてオン、オフすることにより、整流時の効率を高めている。
　発電機電力センサ３０は、発電機１０の端子電圧および電流を検出可能なセンサであり、発電機駆動部６０に接続されている。バッテリ電圧センサ４０は、バッテリ５０の電圧を検出可能なセンサであり、エンジン停止部７０に接続されている。バッテリ５０は、発電機１０により充電されるとともに、図示しない別系統の車両電気負荷に接続されており、この電気負荷に電力を供給している。
　発電機駆動部６０は、内部に界磁巻線駆動指令値生成部６１および半導体スイッチ制御部６２を有し、エンジン制御部８０からの発電指令や、エンジン停止部７０からの制動指令（発電制動指令、短絡制動指令）に応じて、発電機１０を制御する。
　界磁巻線駆動指令値生成部６１は、エンジン制御部８０からの発電指令や、エンジン停止部７０からの制動指令に応じて、界磁巻線１２に流す電流の目標値を演算する。
　半導体スイッチ制御部６２は、エンジン制御部８０からの発電指令や、エンジン停止部７０からの発電制動指令があった場合には、三相交流の電気角に応じて、発生した電力が直流として取り出せるように、半導体スイッチのオン、オフを指令する。
　また、半導体スイッチ制御部６２は、エンジン停止部７０からの短絡制動指令があった場合には、上位の半導体スイッチ（ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ）をオフするとともに、下位の半導体スイッチ（ＵＬ、ＶＬ、ＷＬ）をオンして、電機子巻線１１の通電相を短絡（三相短絡）する。なお、上位の半導体スイッチがオンされて、下位の半導体スイッチがオフされてもよい。
　エンジン停止部７０は、エンジン制御部８０から送信されるエンジン回転数等の情報や、バッテリ電圧センサ４０等から出力される電圧情報等に基づいて、最適なエンジン停止方法を判定し、発電機駆動部６０に対して、エンジンの制動（発電制動、短絡制動）を指令する。
　エンジン制御部８０は、図示しないアクセルペダルやシフト等の情報に基づいて、ドライバおよび車両が要求する出力となるように、エンジンへ流入する空気量やエンジンの点火時期、燃料噴射量等を制御して、エンジンの出力を制御する。
　また、エンジン制御部８０は、所定のエンジン停止条件（例えば、車速１５ｋｍ／ｈ以下でのブレーキ踏み込み操作）が成立した場合に、エンジンへの燃料噴射を停止し、所定のエンジン再始動条件（例えば、ブレーキ解除操作、アクセル踏み込み操作等）が成立した場合に、図示しないスタータ（始動装置）によりエンジンを回転させるとともに、エンジンへの燃料噴射を再開する（いわゆる、アイドリングストップ機能）。
　ここで、図２を参照しながら、この発明の実施の形態１に係るエンジン停止制御装置におけるエンジン回転数（図２（ａ））、発電電圧（図２（ｂ））およびバッテリ電流（図２（ｃ））と、時間との関係についてそれぞれ説明する。
　図２（ａ）～（ｃ）において、エンジン回転数が低下している場合には、発電機１０の発電電圧は、エンジン回転数の低下とともに低下する。また、発電機１０の発電電圧が、バッテリ端子電圧を下回るＴ１のタイミングで、バッテリに流れる電流が、充電から放電へと変化する。
　続いて、図３、４を参照しながら、この発明の実施の形態１に係るエンジン停止制御装置における発電機１０の発電制動トルク特性および短絡制動トルク特性についてそれぞれ説明する。
　図３に示す発電制動トルク特性において、発電機１０が外部へ電力を出力しない回転数Ａ未満の領域では、発電による制動トルクは発生しない。また、図４に示す短絡制動トルク特性において、発電機１０が外部へ電力を出力しない回転数Ａ未満の領域であっても、短絡による制動トルクが発生する。このとき、ほぼゼロ回転から制動トルクが発生していることが分かる。
　次に、図５のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１に係るエンジン停止制御装置の制御処理について説明する。ここで、図５の処理は、エンジン停止部７０によって実行される。
　まず、所定のエンジン停止条件が成立しているか否かが判定される（ステップＳ１０１）。
　ステップＳ１０１において、エンジン停止条件が成立していない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、そのまま図５の制御処理が終了する。
　一方、ステップＳ１０１において、エンジン停止条件が成立している（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、所定のエンジン回転数範囲毎にあらかじめ設定された目標停止位置のマップを用いて、目標停止位置が算出される（ステップＳ１０２）。
　続いて、ステップＳ１０２で算出された目標停止位置と、あらかじめ設定された所定の減速度とに基づいて、目標回転数（の軌跡）が算出される（ステップＳ１０３）。
　次に、エンジン停止処理のサブルーチンが実行され（ステップＳ１０４）、図５の制御処理が終了する。
　続いて、図６のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１に係るエンジン停止制御装置のエンジン停止処理のサブルーチンについて説明する。ここで、図６の処理は、特に明示した場合を除き、エンジン停止部７０によって実行される。
　まず、あらかじめ設定された所定の制動モード切り替え条件が成立しているか否かが判定される（ステップＳ２０１）。
　ステップＳ２０１において、制動モード切り替え条件が成立していない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、制動モードが発電制動モードに設定される（ステップＳ２０２）。
　なお、制動モード切り替え条件は、具体的には、エンジン回転数が所定回転数未満になったこと、発電機電力センサ３０で検出される発電機１０からバッテリ５０への電流がゼロＡ近傍の所定範囲内になったこと等が挙げられる。また、所定回転数は、界磁巻線１２の電気的な時定数に基づいて算出されてもよいし、界磁巻線１２に対して定格電流を流した場合に、発電機電力センサ３０で検出される発電機１０の発電電圧が、バッテリ電圧センサ４０で検出されるバッテリ電圧を下回る回転数であってもよい。
　次に、目標回転数と現在のエンジン回転数との差が任意の所定倍されて、目標制動トルクが算出される（ステップＳ２０３）。
　続いて、界磁巻線駆動指令値生成部６１において、ステップＳ２０３で算出された目標制動トルクを実現するために必要な目標界磁電流が、上述した発電制動トルク特性から算出される（ステップＳ２０４）。
　次に、界磁巻線駆動指令値生成部６１により、ステップＳ２０４で算出された目標界磁電流が、界磁巻線駆動回路１３に指令される（ステップＳ２０５）。
　続いて、半導体スイッチ制御部６２により、発電動作となるように、半導体スイッチを用いて通電相が切り替えられて（ステップＳ２０６）、ステップＳ２２２に移行する。このとき、電機子巻線駆動回路２０により、半導体スイッチ制御部６２からの指令に基づいて、半導体スイッチが切り替えられる。
　一方、ステップＳ２０１において、制動モード切り替え条件が成立している（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、現在のエンジン回転数（Ｎｅ）が、短絡制動モード切り替え回転数（あらかじめ設定された所定Ｎｅ）未満であるか否かが判定される（ステップＳ２０７）。ここで、短絡制動モード切り替え回転数は、界磁巻線１２の電気的な時定数に基づいて算出される。
　ステップＳ２０７において、現在のエンジン回転数が、短絡制動モード切り替え回転数以上である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、制動モードが高回転短絡制動モードに設定される（ステップＳ２０８）。
　次に、目標回転数と現在のエンジンの平均回転数との差が任意の所定倍されて、目標制動トルクが算出される（ステップＳ２０９）。
　続いて、界磁巻線駆動指令値生成部６１において、ステップＳ２０８で算出された目標制動トルクを実現するために必要な目標界磁電流が、上述した短絡制動トルク特性から算出される（ステップＳ２１０）。
　次に、界磁巻線駆動指令値生成部６１により、ステップＳ２１０で算出された目標界磁電流が、界磁巻線駆動回路１３に指令される（ステップＳ２１１）。このとき、界磁電流は、一定になるように制御される。
　続いて、エンジン回転数が時間微分されて、エンジン回転加速度（ｄＮｅ）が算出される（ステップＳ２１２）。
　次に、ステップＳ２１２で算出されたエンジン回転加速度の正負が判定される（ステップＳ２１３）。
　ステップＳ２１３において、エンジン回転加速度が正である（ゼロよりも大きい）（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、半導体スイッチ制御部６２により、短絡制動動作となるように、半導体スイッチを用いて通電相が短絡されて（ステップＳ２１４）、ステップＳ２２２に移行する。このとき、電機子巻線駆動回路２０により、半導体スイッチ制御部６２からの指令に基づいて、半導体スイッチが切り替えられる。
　一方、ステップＳ２１３において、エンジン回転加速度が負である（ゼロ以下である）（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、半導体スイッチ制御部６２により、短絡制動動作とならないように、半導体スイッチを用いて回路が開放されて（ステップＳ２１５）、ステップＳ２２２に移行する。このとき、電機子巻線駆動回路２０により、半導体スイッチ制御部６２からの指令に基づいて、半導体スイッチが切り替えられる。
　一方、ステップＳ２０７において、現在のエンジン回転数が、短絡制動モード切り替え回転数未満である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、制動モードが低回転短絡制動モードに設定される（ステップＳ２１６）。
　続いて、エンジン回転数が時間微分されて、エンジン回転加速度が算出される（ステップＳ２１７）。
　次に、目標回転数と現在のエンジンの平均回転数との差が任意の所定倍されて、目標制動トルクが算出される（ステップＳ２１８）。
　続いて、界磁巻線駆動指令値生成部６１において、ステップＳ２１８で算出された目標制動トルクを実現するために必要な目標界磁電流が、上述した短絡制動トルク特性から算出される（ステップＳ２１９）。
　次に、界磁巻線駆動指令値生成部６１により、ステップＳ２１９で算出された目標界磁電流が、界磁巻線駆動回路１３に指令される（ステップＳ２２０）。
　続いて、半導体スイッチ制御部６２により、短絡制動動作となるように、半導体スイッチを用いて通電相が短絡されて（ステップＳ２２１）、ステップＳ２２２に移行する。このとき、電機子巻線駆動回路２０により、半導体スイッチ制御部６２からの指令に基づいて、半導体スイッチが切り替えられる。
　次に、エンジンが停止したか否かが判定される（ステップＳ２２２）。ここで、エンジンの停止は、エンジンがあらかじめ設定された所定時間にわたって、ゼロ回転近傍で任意に設定される所定回転数範囲内にある場合に、エンジンが停止していると判定される。
　ステップＳ２２２において、エンジンが停止した（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、図６の処理が終了する。
　一方、ステップＳ２２２において、エンジンが停止していない（回転中である）（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、ステップＳ２０１に戻って、処理が繰り返し実行される。
　以下、図７のタイミングチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１に係るエンジン停止制御装置の処理結果（図５、６のフローチャート）について、発電制動トルクのみを用いて（発電制動モードのみで）エンジンの停止位置を制御した場合、および短絡制動のみを用いて（短絡制動モードのみで）エンジンの停止位置を制御した場合と比較して説明する。なお、短絡制動モードのうち、図６のステップＳ２０８、２１６で示した高回転短絡制動モードおよび低回転短絡制動モードについては、図８、９において後述する。
　図７において、横軸は時間を示している。また、図７の縦軸は、上から順に、ドライバのブレーキ操作、エンジン制御部８０内で演算されるエンジン停止条件、エンジン停止部７０内で演算されるエンジン制動モード、エンジンの速度、エンジン回転数、目標制動トルク、実制動トルク、エンジンクランク角度を示している。
　また、図７において、実線は、この発明の実施の形態１に係る処理によりエンジンの停止位置を制御した場合の動作を示し、一点鎖線は、発電制動トルクのみを用いてエンジンの停止位置を制御した従来技術による動作を示し、点線は、短絡制動トルクのみを用いてエンジンの停止位置を制御した従来技術による動作を示している。
　まず、時刻Ｔ１以前の領域では、ブレーキは踏まれておらず、車両は惰性で走行している。
　続いて、時刻Ｔ１において、ドライバはブレーキを踏み、車両は減速を開始する。
　次に、時刻Ｔ２において、所定のエンジン停止条件が成立する。このとき、エンジン停止部７０は、エンジン制御部８０から送信されるエンジン停止条件の成立を受けて、所定のエンジン制動モード切り替え条件が成立しているか否かを判定する。この結果、条件が成立しているので、エンジン停止部７０は、エンジン制動モードを発電制動モードに設定する。
　これにより、車両は減速を継続し、エンジン回転数も低下する。同時に、目標制動トルクが算出され、所定の時定数をもって界磁電流が立ち上がることにより、発電制動トルクが発生する。なお、短絡制動モードのみでエンジンの停止位置を制御した従来技術によれば、この領域で発電制動トルクによる制動を実行していないので、エンジン回転数の低下が、発電制動トルクをかけた場合に比べて緩やかになる。
　続いて、時刻Ｔ３において、所定のエンジン制動モード切り替え条件が成立から不成立に変化する。この結果、エンジン停止部７０は、エンジン制動モードを短絡制動モードに設定する。
　これにより、車速は減速を継続し、エンジン回転数も低下を継続する。このとき、直前に発電制動モードを経由しているので、界磁電流は既に一定の値をもっており、短絡制動モードに切り替えた場合であっても、継続して目標制動トルクを維持することができる。
　なお、発電制動モードのみでエンジンの停止位置を制御した従来技術によれば、時刻Ｔ３において、エンジン回転数が発電下限回転数ＮＥ１を下回っており、発電制動トルクが低下している。さらに、時刻Ｔ３以降は、発電制動トルクをかけることができないので、エンジン停止までの挙動は、エンジンの惰性によって決定され、必ずしも算出された目標停止位置付近で停止しない。
　これに対して、時刻Ｔ３から短絡制動モードのみでエンジンの停止位置を制御した従来技術によれば、直前まで界磁電流が流れていなかったので、所定の時定数をもって界磁電流が増加する。そのため、目標制動トルクを実現できるまでにある程度の所定時間を要する。この間、エンジンの回転数は、目標回転数に対して緩やかに推移することとなる。その結果、目標停止位置に到達するまでの時間が遅くなる。
　次に、時刻Ｔ４において、エンジンは目標停止位置に到達する。このとき、目標制動トルクはゼロに変更されるが、界磁電流は時定数をもって低下するので、ある程度の所定期間は制動トルクが発生する。そのため、エンジンの逆回転（揺り戻し）は発生しない。
　続いて、時刻Ｔ５において、発電制動モードのみでエンジンの停止位置を制御した従来技術におけるエンジン回転数が、ゼロに到達する。なお、時刻Ｔ３から時刻Ｔ５までの間、制動トルクがかけられていない（制御されていない）ので、ゼロ回転時の停止位置は、目標停止位置から大きく外れている。また、エンジンの回転停止直前に制動トルクがかけられていないので、エンジンの逆回転（揺り戻し）が発生する。
　次に、時刻Ｔ６において、短絡制動モードのみでエンジンの停止位置を制御した従来技術におけるエンジン回転数が、ゼロに到達する。ここで、エンジンの回転停止直前まで制動トルクがかけられているので、ゼロ回転時の停止位置は、目標停止位置付近となる。また、エンジンの逆回転も発生しない。
　しかしながら、発電制動モードにより車両の運動エネルギが電力に変換されていないこと、および短絡制動モードの期間が、この発明の実施の形態１に係る短絡制動モードの期間よりも長くなることから、制動に必要なエネルギが、この発明の実施の形態１のものよりも多くなる。
　続いて、時刻Ｔ７において、発電制動モードのみでエンジンの停止位置を制御した従来技術におけるエンジン回転数が、逆回転を経た後、ゼロに到達する。ここで、エンジンが逆回転したので、時刻Ｔ５でのエンジンクランク角度よりも目標停止位置には近づいているものの、目標停止位置付近での制動トルクが制御されていないので、目標停止位置近傍に停止していないことが分かる。
　以下、図８、９のタイミングチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１に係るエンジン停止制御装置の制御処理における、図６のステップＳ２０８、２１６で示した高回転短絡制動モードおよび低回転短絡制動モードについて説明する。なお、図８は、高回転短絡制動モード（図７に示した短絡制動モードにおける時刻Ｔ３近傍）を示し、図９は、低回転短絡制動モード（図７に示した短絡制動モードにおける時刻Ｔ４近傍）を示している。
　図８、９において、横軸は時間を示している。また、図８、９の縦軸は、上から順に、エンジン回転数、回転加速度、界磁電流、半導体スイッチ、制動トルクを示している。なお、図８、９において、目標回転数、目標トルクおよび実制動トルクは、実際には斜めの線で表されるが、簡単のために、直線で表している。
　図８において、瞬時回転数は、複数あるピストンの上下運動を回転運動に変えているので、所定の幅を持って脈動している。また、平均回転数は、振幅の中心付近に演算される。
　回転加速度は、瞬時回転数の微分演算によって求められる。また、界磁電流は、平均目標トルク（後述する）と短絡制動トルク特性とに基づいて、一定値となるように制御される。
　半導体スイッチは、回転加速度が正の場合にオン（三相短絡実行）とし、回転加速度が負の場合にオフ（回路オープン、三相短絡なし）とする。また、制動トルクは、半導体スイッチがオフ（回路オープン、三相短絡なし）の場合に発生せず、半導体スイッチがオン（三相短絡実行）の場合に、所定の大きさの制動トルクが発生する。
　ここで、高回転短絡制動モード時は、界磁電流を常に流しているので、三相短絡制動のオン、オフにかかわらず、電流分の損失が発生する。平均目標トルクは、平均回転数と目標回転数との差に基づいて求められる。
　図９において、瞬時回転数は、複数あるピストンの上下運動を回転運動に変えているので、所定の幅を持って脈動している。また、平均回転数は、振幅の中心付近に演算される。
　回転加速度は、瞬時回転数の微分演算によって求められる。また、界磁電流は、発電機１０の短絡制動トルク特性に基づいて、目標トルクを実現するために必要な大きさに制御される。
　半導体スイッチは、常時オン（三相短絡実行）している。また、制動トルクは、回転加速度に応じた値で制御される。すなわち、回転加速度が正であれば制動トルクは大きくなり、回転加速度が負であれば制動トルクは小さくなる。
　ここで、平均目標トルクは、平均回転数と目標回転数との差に基づいて求められる。また、目標トルクは、回転加速度を任意の所定倍した値を、平均目標トルクに加えた値として算出される。
　以上のように、実施の形態１によれば、エンジン停止部は、エンジン停止条件が成立した場合に、まず発電機の発電動作によって、エンジンに対して発電制動トルクをかける発電制動モードを選択して、エンジンに対して発電制動トルクをかけ、その後半導体スイッチによって電機子巻線の各通電相を短絡するとともに、界磁巻線に界磁電流を流すことにより、エンジンに対して短絡制動トルクをかける短絡制動モードを選択して、エンジンに対して短絡制動トルクをかける。
　そのため、揺り戻しを発生させることなく、目標停止位置に精度良くエンジンを停止させるとともに、消費電力が少なく、エネルギ効率の高いエンジン停止制御装置およびエンジン停止制御方法を得ることができる。
　すなわち、短絡制動モードの期間を極力短くして、消費電力を抑えるとともに、可能な限り、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。
　また、発電制動モードと短絡制動モードとを組み合わせることにより、界磁電流が立ち上がった状態で短絡制動モードに切り替えることができるので、高い応答性を実現することができる。
　また、異なるトルク特性の制動モードを切り替えることにより、広い回転域において、停止位置制御の制御性を向上させることができる。
　また、エンジン停止部は、エンジンの回転数が所定回転数未満となった場合に、発電制動モードから短絡制動モードに切り替える。
　ここで、エンジンの回転センサは、一般的な車両には搭載されているので、特別な装置を追加することなく、適切なタイミングで制動モードを切り替えることができる。
　また、所定回転数は、界磁巻線の時定数に基づいて算出される。
　そのため、エンジンの気筒間周期が界磁巻線の時定数よりも長い領域において、短絡制動による停止位置制御が効果的に働かないことにより、不必要に電力を消費したり、精度良く制御できなくなったりすることを防止することができる。
　また、所定回転数は、界磁巻線に対して定格電流を流した場合に、発電機の発電電圧が、発電機に接続されたバッテリのバッテリ電圧を下回る回転数である。
　そのため、発電限界回転数まで発電制動モードを維持するので、運動エネルギを回生して、電力として蓄えることができ、高いエネルギ効率を実現することができる。
　また、エンジン停止部は、発電機からバッテリに流れる電流が、ゼロＡ近傍の所定範囲内になった場合に、発電制動モードから短絡制動モードに切り替える。
　ここで、充電電流を直接検出することにより、ぎりぎりまで発電制動モードを維持することができるので、運動エネルギを回生して、電力として蓄えることができ、高いエネルギ効率を実現することができる。
　また、エンジン停止部は、短絡制動モードに切り替えた後、時間が経過するに従って、短絡制動トルクが大きくなるように、界磁電流を制御する。
　そのため、界磁電流を、低回転域でのトルクが増大するように制御することにより、揺り戻しを防止することができる。
　また、エンジン停止部は、短絡制動モードを、界磁電流を一定の電流値に制御し、半導体スイッチによって短絡制動のオン、オフを切り替える高回転短絡制動モードと、半導体スイッチによって短絡制動をオン状態とし、界磁電流を、エンジンの回転変動を打ち消すトルクが発生する電流値に制御する低回転短絡制動モードとに分け、界磁巻線の時定数に基づいて算出される短絡制動モード切り替え回転数に応じて、高回転短絡制動モードと低回転短絡制動モードとを切り替える。
　そのため、低回転域において、制動トルクの制御性が高い界磁電流による短絡制動を導入することにより、目標停止位置に精度良くエンジンを停止させるとともに、回転数によらず気筒間変動を小さくして、ドライバビリティを向上させることができる。
　また、短絡制動モード切り替え回転数を、界磁巻線の時定数に基づいて算出することにより、エンジン回転数の変動抑制効果を高めることができる。
　また、発電機は、発電電動機である。
　そのため、再始動用の始動装置として、発電電動機を備えた車両であっても、本発明を適用することが可能となり、ハードウェアの大きな変更なしに、ドライバビリティを向上させることができる。

Claims (9)

  1. 　エンジン停止条件が成立した場合に、エンジンへの燃料供給を停止して前記エンジンを停止させ、その後エンジン再始動条件が成立した場合に、前記エンジンを再始動させるエンジン制御部を備えた車両に適用されるエンジン停止制御装置であって、
    　前記エンジンに接続され、界磁巻線に流れる界磁電流を制御することで発電量を制御するとともに、電機子巻線の通電相が半導体スイッチによって切り替えられる界磁巻線型の発電機と、
    　前記発電機の発電動作によって、前記エンジンに対して発電制動トルクをかける発電制動モードと、前記半導体スイッチによって前記電機子巻線の各通電相を短絡するとともに、前記界磁巻線に前記界磁電流を流すことにより、前記エンジンに対して短絡制動トルクをかける短絡制動モードとを切り替えるエンジン停止部と、を備え、
    　前記エンジン停止部は、前記エンジン停止条件が成立した場合に、まず前記発電制動モードを選択して、前記エンジンに対して前記発電制動トルクをかけ、その後前記短絡制動モードを選択して、前記エンジンに対して前記短絡制動トルクをかける
    　エンジン停止制御装置。
  2. 　前記エンジン停止部は、前記エンジンの回転数が所定回転数未満となった場合に、前記発電制動モードから前記短絡制動モードに切り替える
    　請求項１に記載のエンジン停止制御装置。
  3. 　前記所定回転数は、前記界磁巻線の時定数に基づいて算出される
    　請求項２に記載のエンジン停止制御装置。
  4. 　前記所定回転数は、前記界磁巻線に対して定格電流を流した場合に、前記発電機の発電電圧が、前記発電機に接続されたバッテリのバッテリ電圧を下回る回転数である
    　請求項２に記載のエンジン停止制御装置。
  5. 　前記エンジン停止部は、前記発電機から前記発電機に接続されたバッテリに流れる電流が、ゼロＡ近傍の所定範囲内になった場合に、前記発電制動モードから前記短絡制動モードに切り替える
    　請求項１に記載のエンジン停止制御装置。
  6. 　前記エンジン停止部は、前記短絡制動モードに切り替えた後、時間が経過するに従って、前記短絡制動トルクが大きくなるように、前記界磁電流を制御する
    　請求項１から請求項５までの何れか１項に記載のエンジン停止制御装置。
  7. 　前記エンジン停止部は、
    　前記短絡制動モードを、前記界磁電流を一定の電流値に制御し、前記半導体スイッチによって短絡制動のオン、オフを切り替える高回転短絡制動モードと、前記半導体スイッチによって短絡制動をオン状態とし、前記界磁電流を、前記エンジンの回転変動を打ち消すトルクが発生する電流値に制御する低回転短絡制動モードとに分け、
    　前記短絡制動モードに切り替えた後、前記エンジンの回転数が、前記界磁巻線の時定数に基づいて算出される短絡制動モード切り替え回転数以上である場合には、前記高回転短絡制動モードを選択し、前記短絡制動モード切り替え回転数未満である場合には、前記低回転短絡制動モードを選択する
    　請求項１から請求項６までの何れか１項に記載のエンジン停止制御装置。
  8. 　前記発電機は、発電電動機である
    　請求項１から請求項７までの何れか１項に記載のエンジン停止制御装置。
  9. 　エンジン停止条件が成立した場合に、エンジンへの燃料供給を停止して前記エンジンを停止させ、その後エンジン再始動条件が成立した場合に、前記エンジンを再始動させる車両に適用されるエンジン停止制御装置によって実行されるエンジン停止制御方法であって、
    　前記エンジン停止条件が成立した場合に、前記エンジンに接続され、界磁巻線に流れる界磁電流を制御することで発電量を制御する発電機の発電動作によって、前記エンジンに対して発電制動トルクをかける発電制動モードを選択するステップと、
    　前記発電制動モードを選択するステップに続いて、前記発電機の電機子巻線の通電相を切り替える半導体スイッチによって、前記電機子巻線の各通電相を短絡するとともに、前記界磁巻線に前記界磁電流を流すことにより、前記エンジンに対して短絡制動トルクをかける短絡制動モードを選択するステップと、
    　を有するエンジン停止制御方法。
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