JP2010053794A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電機とスタータとをそれぞれ搭載したアイドルストップ機能付き車両において、自動始動時のエンジン回転速度の吹き上がりを確実に抑制する。
【解決手段】オルタネータ３３とスタータ３９とを搭載したアイドルストップ機能付き車両において、アイドルストップによる自動停止中に、自動始動要求が発生したときにオルタネータ３３の発電電圧を手動始動時の設定電圧よりも高い電圧（例えば制御可能な発電電圧範囲の最高電圧）に設定してスタータ３９に通電してエンジンを自動始動する。このようにすれば、自動始動時に始動完了を検出する前から、オルタネータ３３の発電電圧を上昇させてエンジンに対するオルタネータ３３の負荷トルクを増大させることができるため、自動始動時にオルタネータ３３の負荷トルクを増大させるタイミングが遅れることはなく、自動始動時のエンジン回転速度の吹き上がりを確実に抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両の駆動源となる内燃機関（エンジン）を自動停止・自動始動させるアイドルストップシステムを備えた内燃機関の制御装置に関する発明である。

近年、益々厳しくなる燃費向上（ＣＯ₂ 削減）の要求を満たすために、アイドルストップシステム（自動停止・自動始動装置）を搭載した車両が増加している。このアイドルストップシステムを搭載した車両は、市街地走行時等に頻繁に自動停止・自動始動が繰り返されるため、自動始動時のエンジン回転吹き上がりやそれに伴う騒音を低減して運転者に違和感を感じさせないようにすることが近年の重要な技術的課題となっている。

そこで、特許文献１（特開２００４−１５６４８８号公報）に記載されたシステムにおいは、発電機とスタータ（モータ）とを兼用するモータジェネレータを車両に搭載し、自動始動時にモータジェネレータに正のトルクを発生させることで、エンジンをクランキングして自己着火させて始動し、その始動完了を検出した後に、モータジェネレータの電機子相間端子を短絡して該モータジェネレータに負のトルクを発生させることで、エンジン回転吹き上がり（エンジン回転速度のオーバーシュート）を抑制するようにしている。
特開２００４−１５６４８８号公報（第２頁〜第３頁等）

しかし、上記特許文献１の構成では、自動始動時にモータジェネレータに正のトルクを発生させることで、エンジンをクランキングして自己着火させて始動し、その始動完了を検出してからモータジェネレータに負のトルクを発生させてエンジン回転吹き上がりを抑制するようにしているため、自動始動時に最初の完爆直後に瞬時に発生するエンジン回転吹き上がりに対して、モータジェネレータに負のトルクを発生させるタイミングが遅れてエンジン回転吹き上がりを十分に抑制できない可能性がある。モータジェネレータは、始動完了を検出するまでは正のトルクを発生させてエンジンをクランキングするスタータとして作動させなければならないため、始動完了を検出するまでは、モータジェネレータに負のトルクを発生させることができず、モータジェネレータに負のトルクを発生させるタイミングが遅れてしまうことは避けられない。しかも、上記特許文献１に記載の発明は、発電機・スタータ兼用のモータジェネレータを搭載した車両にしか適用できず、発電機とスタータとをそれぞれ搭載した一般的な車両には適用できない。

本発明はこれらの事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、発電機とスタータとをそれぞれ搭載したアイドルストップ機能付き車両において、自動始動時の内燃機関回転速度の吹き上がりを確実に抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、車両の駆動源となる内燃機関を自動停止・自動始動させるアイドルストップ手段と、前記アイドルストップ手段による自動停止中に自動始動要求が発生したときに前記内燃機関をクランキングして自動始動させるスタータと、前記内燃機関の動力により駆動されて発電する発電機と、前記発電機の発電電圧を制御する制御手段とを備えた内燃機関の制御装置において、前記制御手段によって自動始動時に前記発電機の発電電圧を手動始動時よりも上昇させるように制御して自動始動時の内燃機関回転速度の吹き上がりを抑制するようにしたものである。

この構成では、発電機とスタータとをそれぞれ搭載したアイドルストップ機能付き車両において、自動始動時に始動完了を検出する前から、発電機の発電電圧を上昇させて内燃機関に対する発電機の負荷トルクを増大させることができるため、発電機の負荷トルクを増大させるタイミングが遅れることはなく、自動始動時の内燃機関回転速度の吹き上がりを発電機の負荷トルクによって確実に抑制することができる。

一般に、アイドルストップによる自動始動は、暖機状態から始動するため、冷機状態から始動する手動始動時と比較して、始動性が良く、内燃機関回転速度の吹き上がりが発生しやすいという事情がある。この点を考慮して、本発明は、自動始動時に始動完了を検出する前から、内燃機関に対する発電機の負荷トルク（発電電圧）を増大させて内燃機関回転速度の吹き上がりを確実に抑制することを可能とするものであるが、何等かの原因（例えばバッテリ電圧低下等）で、自動始動時のスタータの駆動力が低下することがある。このような場合に、発電機の負荷トルクが大きいと、始動性が悪くなる。

この対策として、請求項２のように、自動始動時に内燃機関回転上昇速度を判定し、該内燃機関回転上昇速度が所定値よりも遅いときには該発電機の発電電圧を低下又は０とするように制御することが好ましい。要するに、自動始動時の内燃機関回転上昇速度が速いか遅いかで始動性が良いか悪いかを判定できるため、自動始動時の内燃機関回転上昇速度が遅く、始動性が悪いと判定されるときに、直ちに発電機の発電電圧を低下又は０とすれば、何等かの原因でスタータの駆動力が低下している場合に、内燃機関に対する発電機の負荷トルクを軽減させて、始動性を確保することができる。

本発明は、自動始動時に内燃機関回転上昇速度を判定する場合、自動始動当初から発電機の発電電圧を手動始動時よりも上昇させた状態で始動し、内燃機関回転上昇速度が遅いときに発電機の発電電圧を低下又は０とするようにしても良いし、或は、請求項３のように、自動始動時に内燃機関回転上昇速度が所定値を越えたときに発電機の発電電圧を上昇させて内燃機関回転速度の吹き上がりを抑制し、該内燃機関回転上昇速度が所定値以下のときには発電機の発電電圧を低下又は０とするように制御するようにしても良い。この場合は、自動始動当初から発電機の発電電圧を手動始動時より上昇させなくても良いし、或は、自動始動当初から発電機の発電電圧を手動始動時より少し上昇させた状態で始動し、内燃機関回転上昇速度が所定値を越えたときに発電機の発電電圧を更に上昇させて内燃機関回転速度の吹き上がりを抑制するようにしても良い。いずれの場合でも、自動始動時の始動性を確保しながら内燃機関回転速度の吹き上がりを抑制することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した３つの実施例１〜３を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図４に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の構成を概略的に説明する。
エンジン１１の吸気ポート１２に接続された吸気管１３の途中には、スロットルバルブ１４が設けられ、このスロットルバルブ１４の開度（スロットル開度）がスロットル開度センサ１５によって検出される。吸気管１３には、スロットルバルブ１４をバイパスするバイパス通路１６が設けられ、このバイパス通路１６の途中に、アイドルスピードコントロールバルブ１７が設けられている。尚、バイパス通路１６とアイドルスピードコントロールバルブ１７を省略して、アイドル時もスロットルバルブ１４の開度調整によって吸入空気量を調整してアイドル回転速度を制御する構成としても良い。

スロットルバルブ１４の下流側には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられ、各気筒の吸気ポート１２の近傍には、燃料噴射弁１９が取付けられている。
一方、エンジン１１の排気ポート２０に接続された排気管２１の途中には、排出ガス浄化用の触媒２２が設置され、この触媒２２の上流側には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出する排出ガスセンサ３１（空燃比又は酸素センサ等）が設けられている。

エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２３が設けられている。エンジン１１のクランク軸２４に取付けられたシグナルロータ２５の外周に対向してクランク角センサ２６が設置され、このクランク角センサ２６からシグナルロータ２５の回転に同期して所定クランク角毎にクランクパルス信号が出力され、このクランクパルス信号の周期（周波数）に基づいてエンジン回転速度が検出される。

エンジン１１のカム軸２７に取付けられたシグナルロータ２８の外周に対向してカム角センサ２９が設置され、このカム角センサ２９からシグナルロータ２８の回転に同期して所定のカム角でカムパルス信号が出力され、このカムパルス信号に基づいてカム角基準位置が検出され、これを基準にしてクランクパルス信号をカウントすることで、そのカウント値からクランク角が検出される。

また、クランク軸２４に連結されたクランクプーリ３４の回転がベルト３５を介してオルタネータ３３（発電機）に伝達されることで、エンジン１１の動力でオルタネータ３３が回転駆動されて発電するようになっている。このオルタネータ３３の界磁電流をデューティ制御等により制御することで、オルタネータ３３の発電電圧（負荷トルク）を制御するようになっている。

一方、図２に示すように、イグニッションスイッチ３６をＯＦＦ接点からＩＧ接点に切り換えると、車両に搭載されたバッテリ３７からＥＣＵ３０に電源が投入される。更に、イグニッションスイッチ３６をＩＧ接点からＳＴ接点に切り換えると、スタータリレー３８の駆動コイル３８ａに通電されて、そのリレースイッチ３８ｂがオンしてスタータ３９に通電され、スタータ３９が回転してエンジン１１をクランキングして始動させる。

前述したクランク角センサ２６等の各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、各種センサで検出したエンジン運転状態に応じて、燃料噴射弁１９の燃料噴射量や噴射時期と点火プラグ３１の点火時期を制御する。

更に、ＥＣＵ３０は、特許請求の範囲でいうアイドルストップ手段として機能し、エンジン運転中に所定の自動停止条件（例えばアクセル全閉、アイドル回転中、停車中、暖機後等）が成立して自動停止要求が発生したときに、エンジン１１の燃焼（点火及び／又は燃料噴射）を停止させてエンジン回転を自動停止させるアイドルストップを実行し、このアイドルストップによる自動停止中に、運転者が車両を発進させる操作（例えばアクセルペダルの踏み込み等）又は車両発進のための準備操作（例えばブレーキ操作解除、シフトレバーの走行レンジへのシフト操作等）を行ったときに、自動始動要求が発生して、スタータリレー３８の駆動コイル３８ａに通電されて、そのリレースイッチ３８ｂがオンしてスタータ３９に通電され、スタータ３９が回転してエンジン１１をクランキングして自動始動させる。尚、自動停止中に、空調装置等の補機類（電気負荷）からの要求によって自動始動要求が発生することもある。

更に、ＥＣＵ３０は、図３のオルタネータ発電電圧制御プログラムを実行することで、オルタネータ３３の発電電圧（負荷トルク）を制御する制御手段としての役割を果たす。図３のオルタネータ発電電圧制御プログラムは、ＥＣＵ３０の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行される。

本プログラムが起動されると、まずステップ１０１で、自動始動時か否か（自動始動要求が発生しているか否か）を判定し、自動始動時ではないと判定されれば、ステップ１０２に進み、運転者がイグニッションスイッチ３６をＳＴ接点に切り換えてスタータ３９に通電してエンジン１１を始動する“手動始動時”であるか否かを判定する。その結果、手動始動時と判定されれば、ステップ１０４に進み、オルタネータ３３の発電電圧を手動始動時の設定電圧に設定してスタータ３９に通電してエンジン１１を始動する。この際、手動始動時の設定電圧は、後述する自動始動時の設定電圧よりも低い電圧に設定される。

尚、上記ステップ１０１、１０２で、自動始動時、手動始動時のいすれでもないと判定されれば、ステップ１０６に進み、通常のオルタネータ発電電圧制御を実行し、バッテリ３７の充電状態と電気負荷の消費電力等に応じてオルタネータ３３の発電電圧を設定する。

一方、上記ステップ１０１で、自動始動時と判定されれば、ステップ１０３に進み、オルタネータ３３の発電電圧を手動始動時の設定電圧よりも高い電圧（例えば制御可能な発電電圧範囲の最高電圧）に設定してスタータ３９に通電してエンジン１１を自動始動する。自動始動時、手動始動時のいずれの場合も、ステップ１０５で、エンジン回転速度が目標アイドル回転速度付近に収束したか否かを判定し、エンジン回転速度が目標アイドル回転速度付近に収束するまで、自動始動時又は手動始動時の発電電圧制御を続ける。

この後、エンジン回転速度が目標アイドル回転速度付近に収束した時点で、ステップ１０６に進み、通常のオルタネータ発電電圧制御を実行し、バッテリ３７の充電状態と電気負荷の消費電力等に応じてオルタネータ３３の発電電圧を設定する。尚、自動始動時（手動始動時）の発電電圧制御を所定時間行った後に、通常のオルタネータ発電電圧制御を実行するようにしても良い。

以上説明した本実施例１によれば、図４に示すように、アイドルストップによる自動停止中に、自動始動要求が発生したときにオルタネータ３３の発電電圧を従来の設定電圧よりも高い電圧（例えば制御可能な発電電圧範囲の最高電圧）に設定してスタータ３９に通電してエンジン１１を自動始動する。

従来は、自動始動時のオルタネータ３３の発電電圧が低く、オルタネータ３３の負荷トルクが小さいために、自動始動時にエンジン回転速度の吹き上がりが発生していたが、本実施例１では、自動始動時にオルタネータ３３の発電電圧を従来よりも高い電圧（例えば制御可能な発電電圧範囲の最高電圧）に設定して、エンジン１１に対するオルタネータ３３の負荷トルクを増大させるため、自動始動時のエンジン回転速度の吹き上がりをオルタネータ３３の負荷トルクによって確実に抑制することができる。

上述したように、本実施例１では、オルタネータ３３とスタータ３９とをそれぞれ搭載したアイドルストップ機能付き車両において、自動始動時に始動完了を検出する前から、オルタネータ３３の発電電圧を上昇させてエンジン１１に対するオルタネータ３３の負荷トルクを増大させることができるため、自動始動にオルタネータ３３の負荷トルクを増大させるタイミングが遅れることはなく、自動始動時のエンジン回転速度の吹き上がりをオルタネータ３３の負荷トルクによって確実に抑制することができる。

一般に、アイドルストップによる自動始動は、暖機状態から始動するため、冷機状態から始動する手動始動時と比較して、始動性が良く、エンジン回転速度の吹き上がりが発生しやすいという事情がある。この点を考慮して、本発明は、自動始動時に始動完了を検出する前から、エンジン１１に対するオルタネータ３３の負荷トルク（発電電圧）を増大させてエンジン回転速度の吹き上がりを確実に抑制するようにしているが、何等かの原因（例えばバッテリ３７の電圧低下等）で、自動始動時のスタータ３９の駆動力が低下することがある。このような場合に、オルタネータ３３の負荷トルクが大きいと、始動性が悪くなる。

この対策として、本発明の実施例２では、図５のオルタネータ発電電圧制御プログラムを実行することで、何等かの原因で、自動始動時のスタータ３９の駆動力が低下している場合でも、始動性を確保できるようにしている。以下、図５のオルタネータ発電電圧制御プログラムの処理内容を説明する。

図５のオルタネータ発電電圧制御プログラムにおいても、手動始動時のオルタネータ３３の発電電圧制御（ステップ２０１→２０２→２０４→２０８→２０９）は、前記実施例１と同じである。

これに対し、ステップ２０１で、自動始動時と判定されれば、ステップ２０３に進み、オルタネータ３３の発電電圧を手動始動時の設定電圧よりも高い電圧（例えば制御可能な発電電圧範囲の最高電圧）に設定してスタータ３９に通電してエンジン１１を自動始動する。この後、ステップ２０５に進み、エンジン回転上昇速度（例えば演算周期当たりのエンジン回転速度上昇量）を算出し、次のステップ２０６で、エンジン回転上昇速度が所定値よりも遅いか否かで、始動性が悪いか否かを判定する。その結果、エンジン回転上昇速度が所定値よりも遅く、始動性が悪いと判定されれば、ステップ２０７に進み、オルタネータ３３の発電電圧を低下させる。この際、オルタネータ３３の発電電圧を所定電圧だけ低下させても良いし、予め決められた電圧（例えば手動始動時と同じ電圧）に低下させるようにしたり、或は、オルタネータ３３の発電電圧を０としても良い。

上記ステップ２０６で、エンジン回転上昇速度が所定値以上と判定されれば、始動性が良いと判断して、自動始動当初のオルタネータ３３の発電電圧をそのまま維持する。
この後、ステップ２０８に進み、エンジン回転速度が目標アイドル回転速度付近に収束したか否かを判定し、エンジン回転速度が目標アイドル回転速度付近に収束するまで、上記ステップ２０５、２０６の処理を所定周期で繰り返し実行し、エンジン回転上昇速度が所定値よりも遅く、始動性が悪いと判定されれば、オルタネータ３３の発電電圧を低下させる。

その後、エンジン回転速度が目標アイドル回転速度付近に収束した時点で、ステップ２０９に進み、通常のオルタネータ発電電圧制御を実行し、バッテリ３７の充電状態と電気負荷の消費電力等に応じてオルタネータ３３の発電電圧を設定する。

以上説明した本実施例２によれば、自動始動時のエンジン回転上昇速度が遅いか否かで始動性が悪いか否かを判定して、始動性が悪いと判定されたときに、直ちにオルタネータ３３の発電電圧を低下又は０とするようにしたので、何等かの原因でスタータ３９の駆動力が低下している場合に、エンジン１１に対するオルタネータ３３の負荷トルクを軽減させて、始動性を確保することができる。

上記実施例２では、自動始動当初からオルタネータ３３の発電電圧を手動始動時よりも上昇させた状態で始動し、エンジン回転上昇速度が遅く、始動性が悪いと判定されたときに、直ちにオルタネータ３３の発電電圧を低下又は０とするようにしたが、本発明の実施例３では、図６のオルタネータ発電電圧制御プログラムのステップ２０１→２０３ａで、自動始動時に、最初にオルタネータ３３の発電電圧を所定電圧（例えば手動始動時と同じ電圧であっても良いし、それとは異なる電圧であっても良い）に設定してスタータ３９に通電してエンジン１１を自動始動する。

この後、ステップ２０５に進み、エンジン回転上昇速度（例えば演算周期当たりのエンジン回転速度上昇量）を算出し、次のステップ２０６で、エンジン回転上昇速度が所定値よりも遅いか否かで、始動性が悪いか否かを判定する。その結果、エンジン回転上昇速度が所定値以上で、始動性が良いと判定されれば、ステップ２０７ａに進み、オルタネータ３３の発電電圧を上昇させる。この際、オルタネータ３３の発電電圧を所定電圧だけ上昇させても良いし、予め決められた電圧（例えば制御可能な発電電圧範囲の最高電圧）に上昇させるようにしても良い。

一方、上記ステップ２０６で、エンジン回転上昇速度が所定値よりも遅く、始動性が悪いと判定されれば、ステップ２０７ｂに進み、オルタネータ３３の発電電圧を低下させる。この際、オルタネータ３３の発電電圧を所定電圧だけ低下させても良いし、予め決められた電圧（例えば手動始動時と同じ電圧）に低下させるようにしたり、或は、オルタネータ３３の発電電圧を０としても良い。

この後、ステップ２０８に進み、エンジン回転速度が目標アイドル回転速度付近に収束するまで、上記ステップ２０５〜２０７ａ又は２０７ｂの処理を所定周期で繰り返し実行して、自動始動時にエンジン回転上昇速度が所定値よりも速いか遅いかで、オルタネータ３３の発電電圧を上昇又は低下させる。この際、エンジン回転上昇速度が所定値付近でオルタネータ３３の発電電圧の上昇と低下が頻繁に切り換えられるチャタリングを防止するために、ステップ２０６で判定しきい値として用いる「所定値」にヒステリシスを持たせるようにすると良い。その後、エンジン回転速度が目標アイドル回転速度付近に収束した時点で、ステップ２０９に進み、通常のオルタネータ発電電圧制御を実行し、バッテリ３７の充電状態と電気負荷の消費電力等に応じてオルタネータ３３の発電電圧を設定する。

以上説明した本実施例３によれば、自動始動時にエンジン回転上昇速度が所定値よりも速いか遅いかで、オルタネータ３３の発電電圧（負荷トルク）を上昇又は低下させるようにしたので、自動始動時の始動性を確保しながらエンジン回転速度の吹き上がりを抑制することができる。

尚、本発明は、エンジン制御装置（エンジンＥＣＵ）とアイドルストップ制御装置（アイドルストップＥＣＵ）とを別々のＥＣＵで構成しても良いし、これらを１つのＥＣＵで構成しても良い。

本発明の実施例１におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 制御系の電気的構成を示す回路図である。 実施例１のオルタネータ発電電圧制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 自動始動時のエンジン回転吹き上がりを抑制する制御の一例を説明するタイムチャートである。 実施例２のオルタネータ発電電圧制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例３のオルタネータ発電電圧制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１３…吸気管、１４…スロットルバルブ、１９…燃料噴射弁、２１…排気管、２６…クランク角センサ、２９…カム角センサ、３０…ＥＣＵ（制御手段、アイドルストップ手段）、３３…オルタネータ（発電機）、３７…バッテリ、３８…スタータリレー、３９…スタータ

Claims (3)

1. 車両の駆動源となる内燃機関を自動停止・自動始動させるアイドルストップ手段と、
   前記アイドルストップ手段による自動停止中に自動始動要求が発生したときに前記内燃機関をクランキングして自動始動させるスタータと、
   前記内燃機関の動力により駆動されて発電する発電機と、
   前記発電機の発電電圧を制御する制御手段と
   を備えた内燃機関の制御装置において、
   前記制御手段は、自動始動時に前記発電機の発電電圧を手動始動時よりも上昇させるように制御して自動始動時の内燃機関回転速度の吹き上がりを抑制することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御手段は、自動始動時に内燃機関回転上昇速度を判定し、該内燃機関回転上昇速度が所定値よりも遅いときには該発電機の発電電圧を低下又は０とするように制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 車両に搭載された内燃機関を自動停止・自動始動させるアイドルストップ手段と、
   前記アイドルストップ手段による自動停止中に自動始動要求が発生したときに前記内燃機関をクランキングして自動始動させるスタータと、
   前記内燃機関の動力により駆動されて発電する発電機と、
   前記発電機の発電電圧を制御する制御手段と
   を備えた内燃機関の制御装置において、
   前記制御手段は、自動始動時に内燃機関回転上昇速度を判定し、該内燃機関回転上昇速度が所定値を越えたときには前記発電機の発電電圧を上昇させて内燃機関回転速度の吹き上がりを抑制し、該内燃機関回転上昇速度が所定値以下のときには前記発電機の発電電圧を低下又は０とするように制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。

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