WO2019159270A1 - 内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

コントロールユニット８は、自動停止した内燃機関１を機関回転数の低下中に再始動する場合、内燃機関１の圧縮行程にある気筒のクランク角が予め設定された閾値より下死点に近いときにクランキングを開始する。詳述すると、内燃機関１は、機関回転数が正回転であれば、内燃機関１の圧縮行程にある気筒のクランク角が予め設定された閾値Ａより下死点に近いときにクランキングを開始する。また、内燃機関１は、機関回転数が逆回転であれば、内燃機関１の圧縮行程にある気筒のクランク角が予め設定された閾値Ｂより下死点に近いときにクランキングを開始する。

Description

内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置

　本発明は、内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置に関する。

　例えば、特許文献１には、エンジンの自動停止中にブレーキをオフするとエンジンを再始動する技術が開示されている。

　しかしながら、エンジンを自動再始動する際のクランキング時に、電動機のトルクが小さいと、再始動できない虞がある。例えば、電動機の駆動源となるバッテリの電圧が低く場合、電動機に生じる駆動トルクは相対的に低くなる。

　すなわち、エンジンを自動再始動する際の制御に関しては、より確実にエンジンを再始動させるために、更なる改善の余地がある。

特開２０１４－１２２６３５号公報

　本発明の内燃機関は、自動停止した内燃機関を機関回転数の低下中に再始動する場合、上記内燃機関の圧縮行程にある気筒のクランク角が予め設定された閾値より下死点に近いときクランキングを開始する。

　本発明によれば、内燃機関をクランキングする電動機のトルクが小さいときでも、下死点に近いクランク角からクランキングを開始することでクランキングに勢いを付けることができ、圧縮行程にある気筒の圧縮反力に打ち勝って内燃機関をクランキングすることができる。

本発明に係る内燃機関の制御装置の概略を模式的に示した説明図。 本発明に係る内燃機関の制御の一例を示すタイミングチャート。 本発明に係る内燃機関の制御の一例を示すタイミングチャート。 本発明に係る内燃機関の制御の流れを示すフローチャート。

　以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

　図１は、本発明に係る内燃機関１の制御装置の概略を模式的に示した説明図である。

　車両の駆動源となる内燃機関１は、ベルト２を介して、電動機としてのモータジェネレータ３が駆動可能となっている。内燃機関１は、複数の気筒を有するものである。

　モータジェネレータ３は、モータとして作用（いわゆる「力行」）するとともに、ジェネレータ（発電機）としても作用（いわゆる「回生」）するものである。

　モータジェネレータ３は、内燃機関１の始動時に、車載のバッテリ４を駆動源としていわゆるスタータモータとして機能する。また、モータジェネレータ３は、で発電した電力は、バッテリ４に充電することが可能となっている。

　内燃機関１の機関回転数（機関回転速度）及びクランク角は、クランク角センサ５によって検出されている。つまり、クランク角センサ５は、内燃機関１のクランクシャフト６の回転数（回転速度）及びクランク角を検出している。

　図１中の７は、クランクシャフト６の端部に取り付けられたとドライブプレートである。

　内燃機関１は、コントロールユニット８によって制御されている。コントロールユニット８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力インターフェースを備えた周知のデジタルコンピュータである。

　コントロールユニット８は、上述したクランク角センサ５の検出信号の他に、アクセルペダル（図示せず）の踏込量を検出するアクセル開度センサ９、ブレーキペダル（図示せず）の操作を検出するブレーキスイッチ１０、車速を検出する車速センサ１１等の各種センサ類の検出信号が入力されている。

　コントロールユニット８は、各種センサ類の検出信号に基づいて、内燃機関１の燃料噴射弁（図示せず）から噴射される燃料の噴射量や噴射時期、内燃機関１の点火時期、吸入空気量等を最適に制御する。そして、コントロールユニット８によって、モータジェネレータ３が最適に制御される。

　コントロールユニット８は、クランク角センサ５の検出信号を用いて、圧縮行程にある気筒を判別することが可能となっている。また、コントロールユニット８、バッテリ４の充電容量に対する充電残量の比率であるＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）を検出可能となっている
　内燃機関１は、所定の自動停止条件が成立すると、燃料供給を停止して自動停止する。そして、内燃機関１は、自動停止中に所定の自動再始動条件が成立すると再始動する。つまり、コントロールユニット８は、自動再始動条件が成立すると再始動要求が発生した判定する。

　内燃機関１の自動停止としては、アイドルストップ、コーストストップ、セーリングストップがある。

　アイドルストップは、車両の停止時に上記自動停止条件としてのアイドルストップ実施条件が成立すると実施される。アイドルストップした内燃機関１は、上記自動再始動条件としてのアイドルストップ解除条件が成立すると再始動する。

　アイドルストップ実施条件は、例えば、アクセルペダルが踏み込まれていない状態であること、ブレーキペダルが踏み込まれた状態であること、車速が所定値以下であること、バッテリのバッテリＳＯＣが所定のアイドルストップ禁止閾値以上であること等である。これらのアイドルストップ実施条件が全て満たされた場合にアイドルストップ実施条件が成立し、内燃機関１が自動停止する。

　本明細書において、アクセルペダルが踏み込まれていない状態とは、アクセルペダルから足が離れた状態、つまりアクセルＯＦＦの状態のことである。また、本明細書において、ブレーキペダルが踏み込まれた状態とは、ブレーキスイッチ１０がＯＮの状態のことである。

　アイドルストップ解除条件は、車両の停止中に、例えば、アクセルペダルが踏み込まれた状態であること、ブレーキペダルが踏み込まれていない状態であること、バッテリのバッテリＳＯＣがアイドルストップ禁止閾値未満であること等である。これらのアイドルストップ解除条件を一つでも満たされた場合に、アイドルストップ解除条件が成立し、内燃機関１が自動再始動する。

　本明細書において、アクセルペダルが踏み込まれた状態とは、アクセルＯＮの状態のことである。また、本明細書において、ブレーキペダルが踏み込まれていない状態とは、ブレーキペダルから足が離れた状態、つまりブレーキスイッチ１０がＯＦＦの状態のことである。

　コーストストップは、車両の走行中に上記自動停止条件としてのコーストストップ実施条件が成立すると実施される。コーストストップした内燃機関１は、上記自動再始動条件としてのコーストストップ解除条件が成立すると再始動する。

　コーストストップ実施条件は、例えば、ブレーキペダルが踏み込まれた状態の減速中に、バッテリのＳＯＣが所定値以上あるような場合に成立する。

　コーストストップ解除条件は、例えば、アクセルペダルが踏み込まれた場合や、ブレーキペダルが踏み込まれなくなった場合や、バッテリのＳＯＣが所定値以下になる等の車両の電力確保が必要な場合に成立する。

　本実施例では、低車速でブレーキペダルが踏み込まれた状態の減速中に、内燃機関１を自動停止した状態をコーストストップ状態と定義する。

　セーリングストップは、車両の走行中に上記自動停止条件としてのセーリングストップ実施条件が成立すると実施される。セーリングストップした内燃機関１は、上記自動再始動条件としてのセーリングストップ解除条件が成立すると再始動する。

　セーリングストップ実施条件は、例えば、車両の走行中にアクセルペダルが踏み込まれた状態から踏み込まれていない状態となり、バッテリのＳＯＣが所定値以上あるような場合に成立する。

　セーリングストップ解除条件は、例えば、例えば、アクセルペダルが踏み込まれた場合や、バッテリのＳＯＣが所定値以下になる等の車両の電力確保が必要な場合に成立する。

　本実施例では、中高車速でブレーキペダルが踏まれていない惰性走行中に、内燃機関１を自動停止した状態をセーリングストップ状態と定義する。

　本実施例では、コントロールユニット８が、上記自動再始動条件が成立すると自動停止した内燃機関１を再始動する制御部に相当する。なお、コントロールユニット８は、上記自動停止条件が成立すると内燃機関１を自動停止するものでもある。

　燃料供給を停止して自動停止させた内燃機関１においては、機関回転数が低いときにクランキングを開始すると、クランク角度が圧縮反力と釣り合う角度に到達した際に機関回転数が「０ｒｐｍ」の状態でトルクが釣り合って停滞する虞がある。

　これを回避するためには、圧縮行程にある気筒がより下死点側にある状態から内燃機関１のクランキングを開始し、十分な機関回転数を確保することが必要となる。十分な機関回転数（機関回転速度）を確保できれば、クランキングを行うモータジェネレータ３のモータトルクが圧縮行程にある気筒の圧縮反力に負けても、機関回転数の惰性(慣性)で乗り越えられる。

　内燃機関１をクランキングするモータジェネレータ３に生じるトルク（駆動トルク）は、クランキング開始のタイミングから時間ともに徐々に増加していく（立ち上がっていく）ものである。

　そこで、制御部であるコントロールユニット８は、自動停止した内燃機関１を機関回転数の低下中に再始動する場合、内燃機関１の圧縮行程にある気筒のクランク角が予め設定された閾値より下死点に近いときにクランキングを開始する。換言すると、コントロールユニット８は、自動停止した内燃機関１の回転が停止する前に再始動する場合、圧縮行程にある気筒のクランク角が予め設定された閾値より下死点側になるとクランキング指令をＯＮとし、クランキングを開始する。

　詳述すると、内燃機関１は、機関回転数が正回転であれば、内燃機関１の圧縮行程にある気筒のクランク角が予め設定された閾値Ａより下死点に近いときにクランキングを開始する。また、内燃機関１は、機関回転数が逆回転であれば、内燃機関１の圧縮行程にある気筒のクランク角が予め設定された閾値Ｂより下死点に近いときにクランキングを開始する。

　つまり、内燃機関１の圧縮行程にある気筒のクランク角と比較される閾値は、内燃機関の回転方向に応じて設定される。換言すれば、内燃機関１の圧縮行程にある気筒のクランク角と比較される閾値は、内燃機関１の回転が正回転時と逆回転時で異なる値が設定される。

　ここで、内燃機関１の駆動力が車両の駆動輪に伝達された状態におけるクランクシャフト６の回転方向を正回転とする。また、逆回転とは、クランクシャフト６の回転が停止する直前に逆方向に揺れ戻されるような場合の回転を指すものとする。

　これによって、モータジェネレータ３のトルクがバッテリ４の電圧低下等により小さいときでも、下死点に近いクランク角からクランキングを開始することでクランキングに勢いを付けることができる。そのため、モータジェネレータ３は、圧縮行程にある気筒の圧縮反力に打ち勝ってクランキングすることができ、内燃機関１を再始動させることができる。

　図２は、自動停止した内燃機関１を機関回転数が正回転中に再始動する場合の制御の一例を示したタイミングチャートである。図２におけるクランク角度は、再始動要求があったときの圧縮行程気筒のものである。

　図２の例では、上記自動再始動条件が成立して再始動要求がＯＮとなる時刻ｔ１のタイミングで圧縮行程にある気筒のクランク角が閾値Ａ以下となっている。

　そのため、図２の例では、再始動要求がＯＮとなる時刻ｔ１のタイミングでクランキング指令をＯＮとしてモータジェネレータ３の駆動を開始する。つまり、図２の例では、時刻ｔ１のタイミングで自動停止している内燃機関１のクランキングを開始している。

　なお、クランキング指令がＯＮとなってからモータジェネレータ３が実際に駆動し始めるまでにはタイムラグが生じるため、図２において機関回転数（ＥＮＧ回転数）が上昇し始めるのは、時刻ｔ１以後となっている。

　内燃機関１の回転数（回転速度）が高く、かつ回転が正回転の場合、モータジェネレータ３のトルクの立ち上がり速度に対して（トルクが増加する速度に対して）、圧縮反力の立ち上がり速度（圧縮反力が増加する速度）が早くなる。

　そのため、モータジェネレータ３によるトルク（駆動トルク）と圧縮反力との収支（トルク収支）がマイナスとなり、機関回転数（機関回転速度）が低下し続けることになる。そして、トルク収支が釣り合ったタイミングで機関回転数が０ｒｐｍ近傍を迎えると回転が停滞してしまう。

　内燃機関１の回転数（回転速度）が低く、かつ回転が正回転の場合、モータジェネレータ３のトルクの立ち上がり速度に対して（トルクが増加する速度に対して）、圧縮反力の立ち上がり速度（圧縮反力が増加する速度）が遅くなる。

　そのため、クランク角の進行に伴い圧縮反力が強まり、モータジェネレータ３によるトルク（駆動トルク）と圧縮反力との収支（トルク収支）がマイナスとなるものの、このトルク収支がプラスのときに機関回転数（機関回転速度）を高い状態にすることができるため、機関回転数が低下し続けることはない。

　そこで、閾値Ａは、正回転時においては、機関回転数が低いほど上死点側の値に設定することが可能となる。つまり、閾値Ａは、機関回転数に応じて可変設定することが可能である。

　図３は、自動停止した内燃機関１を機関回転数が逆回転中に再始動する場合の制御の一例を示したタイミングチャートである。図３におけるクランク角度は、再始動要求があったときの圧縮行程気筒のものである。

　図３の例では、時刻ｔ１のタイミングで上記自動再始動条件が成立後、機関回転数が正回転中の間に圧縮行程にある気筒のクランク角が閾値Ａ以下にならず、機関回転数が逆回転に転じた後の時刻ｔ２のタイミングで圧縮行程にある気筒のクランク角が閾値Ｂ以下となっている。そのため、図３の例では、再始動要求がＯＮとなる時刻ｔ１のタイミングでクランキング指令がＯＮとはならず、時刻ｔ２のタイミングでクランキング指令がＯＮとなる。つまり、図３の例では、時刻ｔ２のタイミングで自動停止している内燃機関１のクランキングを開始している。

　なお、クランキング指令がＯＮとなってからモータジェネレータ３が実際に駆動し始めるまでにはタイムラグが生じるため、図３において機関回転数（ＥＮＧ回転数）が正回転側に転じ始めるのは、時刻ｔ２以後となっている。

　内燃機関１の回転数（回転速度）が低く、かつ回転が逆回転の場合、クランク角度が後退する速度が遅く、モータジェネレータ３のトルクの上昇に対して、圧縮反力の低下が遅くなる。つまり、クランク角度は、下死点に向かってあまり進まない。そのため、圧縮反力が十分低下する前にモータジェネレータ３のトルクが上昇してしまい、機関回転数（機関回転速度）が０ｒｐｍ近傍で、モータジェネレータ３によるトルク（駆動トルク）と圧縮反力との収支（トルク収支）が釣り合うと、回転が停滞してしまう。

　内燃機関１の回転数（回転速度）が高く、かつ回転が逆回転の場合、クランク角度が後退する速度が速く、モータジェネレータ３のトルクの上昇に対して、圧縮反力の低下が速くなる。つまり、クランク角度は、下死点に向かって大きく揺り戻される。そのため、圧縮反力が十分低下した後にモータジェネレータ３のトルクが上昇し、機関回転数（機関回転速度）が上昇していくことになる。モータジェネレータ３によるトルク（駆動トルク）と圧縮反力との収支（トルク収支）は、クランク角の進行に伴い、圧縮反力が強まりマイナスとなるが、トルク収支がプラスのときに機関回転数を高い状態にすることができるため、機関回転数が低下し続けることはない。

　そこで、閾値Ｂは、逆回転時においては、機関回転数が高いほど上死点側の値に設定することが可能となる。つまり、閾値Ｂは、機関回転数に応じて可変設定することが可能である。

　図４は、本発明に係る内燃機関の制御の流れを示すフローチャートである。

　ステップＳ１では、内燃機関１が自動停止中であるか否かを判定する。内燃機関１が自動停止中である場合には、ステップＳ１からステップＳ２へ進む。内燃機関１が自動停止中でなければ、今回のルーチンを終了する。

　ステップＳ２では、再始動要求が発生しているか否かを判定する。再始動要求が発生している場合は、ステップＳ２からステップＳ３へ進む。

　ステップＳ３では、内燃機関１が停止しているか否かを判定する。詳述すると、ステップＳ３では、内燃機関１のクランクシャフト６の回転が停止しているか否かを判定する。内燃機関１が停止している場合は、ステップＳ３からステップＳ４へ進む。内燃機関１が停止していない場合は、ステップＳ３からステップＳ５へ進む。

　ステップＳ４では、内燃機関１のクランキングを実施（開始）する。

　ステップＳ５では、内燃機関１が正回転中であるか否かを判定する。すなわち、内燃機関１のクランクシャフト６が正回転中である場合は、ステップＳ５からステップＳ６へ進む。内燃機関１のクランクシャフト６が逆回転中である場合は、ステップＳ５からステップＳ８へ進む。

　ステップＳ６では、機関回転数（ＥＮＧ回転数）に応じて閾値Ａを設定する。

　ステップＳ７では、圧縮行程にある気筒のクランク角が閾値Ａより下死点側にあるか否かを判定する。圧縮行程にある気筒のクランク角が閾値Ａより下死点側にある場合は、ステップＳ７からステップＳ４へ進む。圧縮行程にある気筒のクランク角が閾値Ａより下死点側にない場合は、ステップＳ７からステップＳ５へ進む。

　ステップＳ８では、機関回転数（ＥＮＧ回転数）に応じて閾値Ｂを設定する。

　ステップＳ９では、圧縮行程にある気筒のクランク角が閾値Ｂより下死点側にあるか否かを判定する。圧縮行程にある気筒のクランク角が閾値Ｂより下死点側にある場合は、ステップＳ９からステップＳ４へ進む。圧縮行程にある気筒のクランク角が閾値Ｂより下死点側にない場合は、ステップＳ９からステップＳ５へ進む。

　なお、上述した実施例は、内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置に関するものである。

Claims (7)

1. 　車両の駆動源となる内燃機関の制御方法であって、
   　自動停止した上記内燃機関を機関回転数の低下中に再始動する場合、上記内燃機関の圧縮行程にある気筒のクランク角が予め設定された閾値より下死点に近いときクランキングを開始する内燃機関の制御方法。
2. 　上記閾値は、上記内燃機関の回転が正回転時と逆回転時で異なる値が設定される請求項１に記載の内燃機関の制御方法。
3. 　圧縮行程にある気筒のクランク角が上記閾値より上死点に近いときは、圧縮行程にある気筒のクランク角が上記閾値より下死点側になるまでクランキングの開始を遅らせる請求項１または２に記載の内燃機関の制御方法。
4. 　上記閾値は、機関回転数に応じて可変とする請求項１～３のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
5. 　上記閾値は、上記内燃機関の回転が正回転時、機関回転数が低いほど上死点側の値となる請求項１～４のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
6. 　上記閾値は、内燃機関の回転が逆回転時、機関回転数が高いほど上死点側の値となる請求項１～５のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
7. 　車両の駆動源となる内燃機関と、
   　所定の自動再始動条件が成立すると自動停止した上記内燃機関を再始動する制御部と、を有し、
   　上記制御部は、上記内燃機関の圧縮行程にある気筒のクランク角が予め設定された閾値より下死点に近いときクランキングを開始する内燃機関の制御装置。

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