JP6008692B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関が搭載された車両の制御装置に関し、特に、アイドルストップからの再始動の制御に関する。

内燃機関の始動時には、電動機であるスタータモータ（セルモータ）により内燃機関のクランクシャフトを回転させるクランキングを行うことが通例である。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、クランクシャフトの回転速度が冷却水温等に応じて定まる判定値を超えたときに終了する（例えば、下記特許文献を参照）。

特開２０１１−２０２６４３号公報

従来、クランキング中のスタータモータの回転速度は３００ｒｐｍ程度であり、内燃機関のアイドル回転数よりも低かった。従って、クランキング中に燃料噴射量を増量して機関の回転トルクを増大させ、クランクシャフトの回転を加速する必要があり、その分だけ燃料を多く消費していた。

始動の際の燃料消費量を抑制するべく、近時では、クランキングを行うスタータモータの回転速度を、内燃機関のアイドル回転数に匹敵する７００ｒｐｍないし１０００ｒｐｍまで高めることが試みられている。これにより、燃料噴射量を徒に増量することなく、クランクシャフトの回転速度をアイドル回転数まで加速することが可能となる。

ところが、クランキングの回転速度を高めた結果、機関の始動時に車両が急に走り出すかのような「飛び出し感」を運転者（を含む搭乗者）に与える懸念が生じた。

より詳しく述べると、内燃機関のクランクシャフトと車軸との間に介在する変速機の一要素であるクラッチは、液圧ポンプから供給される作動液の液圧力を利用して、入力側の回転軸と出力側の回転軸とを締結する。液圧ポンプは、クランクシャフトから回転駆動力の伝達を受けて回転し、作動液を吸引して吐出する。内燃機関が停止しているときには、液圧ポンプも停止するため、クラッチに供給される作動液の圧力が低下して、当該クラッチの締結が解除される。

内燃機関のアイドルストップ中は、シフトポジションが走行レンジにある、即ちクラッチが運転者の手により明示的に切り離されていないことが通常である。アイドルストップしている機関の再始動時、スタータモータにより速やかにクランクシャフトの回転速度をアイドル回転数付近まで上昇させると、液圧ポンプから吐出される作動液の圧力が急速に高まる。そして、作動液の圧力の急回復に伴い、クラッチが突如締結され、高速回転しているクランクシャフトが車軸に連結して車両が不意に発進するような状況が発生する。アイドルストップからの再始動は、運転者がブレーキペダルから足を離しただけでも開始されるため、この車両の挙動は運転者の意図に反するおそれがある。

本発明は、上述の問題に初めて着目してなされたものであり、内燃機関の再始動の際の車両の飛び出し感を抑制することを所期の目的としている。

本発明では、内燃機関のクランクシャフトから駆動力の伝達を受けて回転する液圧ポンプが吐出する作動液を、クランクシャフトと車軸との間に介在するクラッチに供給して当該クラッチを締結する車両を制御するものであって、アイドリングストップしている内燃機関を再始動する際、まず電動機によりクランクシャフトの回転速度を第一の回転数まで上昇させることで前記クラッチに供給される作動液の圧力を当該クラッチを締結できる大きさまで高めた後、電動機によりクランクシャフトの回転速度を第一の回転数よりも高い第二の回転数まで上昇させることとし、前記第一の回転数から前記第二の回転数までの間のクランクシャフトの回転速度の上昇の推移を、運転者がブレーキペダルまたはアクセルペダルの操作を通じて指令する意思に応じて変更することとし、運転者が車両を即時に発進させる意思を有していない場合にはクランクシャフトの回転速度を比較的緩やかにまたは時間をかけて上昇させる一方、運転者が車両を即時に発進させる意思を有している場合にはクランクシャフトの回転速度を比較的速やかにまたは時間をかけずに上昇させる制御装置を構成した。

本発明によれば、アイドルストップしている内燃機関の再始動の際の車両の飛び出し感を抑制することができる。

本発明の一実施形態における内燃機関の概略構成を示す図。 同実施形態における車両の駆動系の構成を示す図。 本実施形態の制御装置が実行する処理の手順例を示すフロー図。 同制御装置による内燃機関の再始動時のクランクシャフトの回転速度の上昇の推移を例示する図。 同制御装置による内燃機関の再始動時のクランクシャフトの回転速度の上昇の推移を例示する図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、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、そのうちの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。

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。

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。

図２に、車両が備える駆動系の例を示す。この駆動系は、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。

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１０１に伝達される。出力ギア１０１は、デファレンシャル装置のリングギア１０２と噛合し、デファレンシャル装置を介して車軸１０３及び駆動輪（図示せず）を回転させる。

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ｌを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。

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。

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。

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、断接切換可能なクラッチたるリバースクラッチ８５を介設している。

前進走行レンジ（Ｄレンジ等）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、後退走行レンジ（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ｍを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。

非走行レンジ（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。

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。

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回転駆動力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。

本実施形態の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０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。

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（Ｎ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、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号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温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号（Ｇ信号）ｇ、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ（または、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ｈ等が入力される。

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、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ｌ、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ｍ、ＣＶＴ９に対して変速比制御信号ｎ等を出力する。

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の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、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、点火タイミングといった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎを出力インタフェースを介して印加する。

ＥＣＵ０は、内燃機関の始動（冷間始動であることもあれば、アイドリングストップからの復帰であることもある）時において、電動機であるスタータモータ（セルモータ、図示せず）を制御するコンロトーラに制御信号ｏを入力し、スタータモータのピニオンギアをドライブプレート（ＭＴ車の場合には、フライホイール）外周のリングギアに噛合させてクランクシャフトを回転させるクランキングを行う。なお、本実施形態では、コントローラに与える制御信号ｏにより、クランキング中のスタータモータの回転速度を制御できるものとしている。内燃機関が初爆から連爆、完爆へと至ったときには、スタータモータのピニオンギアをドライブプレートから離反させ、スタータモータの回転を停止してクランキングを終了する。

本実施形態における車両は、アイドルストップ機能を備えており、所定のアイドルストップ条件が成立したときに、内燃機関のアイドリングを停止する。アイドルストップ条件は、車速が所定値（例えば、７ｋｍ／ｈ）以下であり、ブレーキペダルが踏まれており、シフトポジションが前進走行レンジであり、車載のバッテリが十分に充電されており、冷却水温が十分高く、前回のアイドルストップ終了後に車速を所定値（例えば、１０ｋｍ／ｈ）以上に加速した経歴がある、等をおしなべて充足することである。

内燃機関のアイドルストップ中は、クランクシャフトに従動して回転する液圧ポンプも停止することから、前後進切換装置８のクラッチ（フォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５）及びＣＶＴ９の液圧サーボ９１３、９２３に供給される作動液の圧力が低下する。よって、シフトポジションが前進走行レンジまたは後退走行レンジにあったとしても、クラッチ８４、８５の締結が緩くなり、または解かれる。同時に、プーリ９１、９２がベルト９３を挟圧する力も弱まる。

内燃機関のアイドルストップ後、所定のアイドルストップ終了条件が成立した暁には、内燃機関を再始動する。アイドルストップ終了条件は、ブレーキペダルから足が離れた、あるいは逆にブレーキペダルがより一層強く踏み込まれた、アクセルペダルが踏まれた、シフトポジションが前進走行レンジ以外のレンジに変更された、アイドルストップ継続時間が所定値（例えば、３分）を超えた、等のうちの何れかを充足することである。

図３に、ＥＣＵ０が内燃機関の再始動の際に実行する処理の手順例を示している。ＥＣＵ０は、スタータモータにより機関をクランキングするが、機関の再始動時のシフトポジションが走行レンジ（前進走行レンジまたは後退走行レンジ）である場合には（ステップＳ１）、まず、スタータモータによりクランクシャフトの回転速度を第一の回転数まで速やかに上昇させる（ステップＳ２）。

ステップＳ２は、クランクシャフトに従動して回転する液圧ポンプが吐出する作動液の圧力を、変速機８、９のクラッチたるフォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５を締結するのに必要十分な大きさまで高める意図である。フォワードブレーキ８４、リバースクラッチ８５の何れを締結するかは、機関の再始動時のシフトポジションによる。第一の回転数は、機関のアイドル回転数よりも低い回転数、例えば２００ｒｐｍないし３００ｒｐｍ程度とする。

次いで、ＥＣＵ０は、スタータモータによりクランクシャフトの回転速度を第二の回転数まで上昇させる（ステップＳ４）。第二の回転数は、機関のアイドル回転数と同等かそれよりも高い回転数、例えば７００ｒｐｍないし１０００ｒｐｍ程度とする。

クランクシャフトの回転速度が第二の回転速度に達したならば、インジェクタ１１から各気筒１への燃料噴射、及び点火プラグ１２の火花放電による混合気への点火を開始する（ステップＳ５）。そして、内燃機関が完爆した後、スタータモータによるクランキングを終了する（ステップＳ６）。

しかして、本実施形態では、スタータモータによりクランクシャフトの回転速度を第一の回転数から第二の回転数に上昇させる速さを、運転者がブレーキペダルまたはアクセルペダルの操作を通じて指令した意思に応じて決定する（ステップＳ３）こととしている。

図４及び図５に、内燃機関の再始動時のクランクシャフトの回転速度の推移を例示している。第一の回転数と第二の回転数との間の回転速度の上昇の速さを運転者の意思に応じて調整するのは、フォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５が締結された瞬間に車両が急に走り出すかのような飛び出し感を抑制するためである。

内燃機関を再始動する際、運転者がブレーキペダルから足を離した、ブレーキペダルをより強く踏み込んだ、シフトポジションを変更した、または、ブレーキペダルを踏んだままの状態でアイドルストップ継続時間が所定値を超えた等の場合には、運転者は車両を即時に発進させようとは考えていないと解することができる。このような場合、ＥＣＵ０は、ステップＳ３にて、クランクシャフトの回転速度の上昇の推移を、第一の回転数から第二の回転数まで比較的緩やかに、時間をかけて上昇させるように設定する。具体的には、図４に実線で示しているように、回転速度の単位時間あたりの変化量（上昇量）を比較的小さくするか、図５に実線で示しているように、回転速度が第一の回転数に到達した時点から第二の回転数に向けて再上昇を開始する時点までの待機時間を大きくする。

翻って、内燃機関を再始動する際に運転者がアクセルペダルを踏んだような場合には、運転者は車両を即時に発進させたいと考えていると解することができる。このような場合、ＥＣＵ０は、ステップＳ３にて、クランクシャフトの回転速度の上昇の推移を、第一の回転数から第二の回転数まで比較的速やかに、時間をかけずに上昇させるように設定する。具体的には、図４に破線で示しているように、回転速度の単位時間あたりの変化量を比較的大きくするか、図５に破線で示しているように、回転速度が第一の回転数に到達した時点から第二の回転数に向けて再上昇を開始する時点までの待機時間を小さくする。

第一の回転数から第二の回転数までの回転速度の単位時間あたりの変化量、または、回転速度が第一の回転数に到達した時点から第二の回転数に向けて再上昇を開始する時点までの待機時間は、よりきめ細かく調整してもよい。例えば、再始動の際のアクセルペダルの踏込量が大きいほど、回転速度の単位時間あたりの変化量を大きく、または回転数の再上昇開始までの待機時間を短くする。あるいは、再始動の際に、ブレーキペダルの踏み込みが緩められてからアクセルペダルが踏まれるまでの時間差が短いほど、回転速度の単位時間あたりの変化量を大きく、または回転数の再上昇開始までの待機時間を短くする。

因みに、機関の再始動時のシフトポジションが非走行レンジである場合には（ステップＳ１）、クラッチ８４、８５を締結せず切断状態のままとすることから、車両の飛び出し感が発生する問題には直面しない。よって、スタータモータによりクランクシャフトの回転速度を速やかに第二の回転数まで上昇させ（ステップＳ７）、しかる後に燃料噴射及び点火を開始して構わない（ステップＳ５）。

本実施形態では、内燃機関のクランクシャフトから駆動力の伝達を受けて回転する液圧ポンプが吐出する作動液を、クランクシャフトと車軸１０３との間に介在するクラッチ８４、８５に供給して当該クラッチ８４、８５を締結する車両を制御するものであって、アイドリングストップしている内燃機関を再始動する際、まず電動機（スタータモータ）によりクランクシャフトの回転速度を第一の回転数まで上昇させることで前記クラッチ８４、８５に供給される作動液の圧力を当該クラッチ８４、８５を締結できる大きさまで高めた後、電動機によりクランクシャフトの回転速度を第一の回転数よりも高い第二の回転数まで上昇させることとし、前記第一の回転数から前記第二の回転数までの間のクランクシャフトの回転速度の上昇の推移を、運転者がブレーキペダルまたはアクセルペダルの操作を通じて指令する意思に応じて変更することを特徴とする制御装置０を構成した。

アイドルストップからの再始動において、運転者が車両を即時に発進させる意思を有していない場合には、クランクシャフトの回転速度を第一の回転数から第二の回転数に上昇させる速さを緩め、または第一の回転数から第二の回転数までより時間をかけて上昇させる。これにより、電動機によるクランクシャフトの回転駆動中にクラッチ８４、８５が締結されたときの車両の飛び出し感の発生を抑えることができる。

他方、アイドルストップからの再始動において、運転者が車両を即時に発進させる意思を有している場合には、クランクシャフトの回転速度を第一の回転数から第二の回転数に可及的速やかに上昇させる。これにより、運転者の意思に応じて速やかに内燃機関を始動し、車両を急発進させることが可能となる。

その上で、電動機によりクランクシャフトの回転速度をアイドル回転数以上の第二の回転数に加速してから燃料噴射（及び、点火）を開始するようにしたので、クランクシャフトの加速に要する燃料の量が削減され、実効燃費が良化する。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、内燃機関の再始動時にクランクシャフトを回転駆動する電動機は、スタータと発電機との両方の機能を兼ね備えたモータジェネレータであることがある。

その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、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。

本発明は、内燃機関が搭載された車両のアイドルストップからの再始動時の制御に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
８、９…変速機（前後進切換装置、ＣＶＴ）
８４…クラッチ（フォワードブレーキ、リバースクラッチ）
１０３…車軸

Claims (1)

1. 内燃機関のクランクシャフトから駆動力の伝達を受けて回転する液圧ポンプが吐出する作動液を、クランクシャフトと車軸との間に介在するクラッチに供給して当該クラッチを締結する車両を制御するものであって、
   アイドリングストップしている内燃機関を再始動する際、まず電動機によりクランクシャフトの回転速度を第一の回転数まで上昇させることで前記クラッチに供給される作動液の圧力を当該クラッチを締結できる大きさまで高めた後、電動機によりクランクシャフトの回転速度を第一の回転数よりも高い第二の回転数まで上昇させることとし、
   前記第一の回転数から前記第二の回転数までの間のクランクシャフトの回転速度の上昇の推移を、運転者がブレーキペダルまたはアクセルペダルの操作を通じて指令する意思に応じて変更することとし、運転者が車両を即時に発進させる意思を有していない場合にはクランクシャフトの回転速度を比較的緩やかにまたは時間をかけて上昇させる一方、運転者が車両を即時に発進させる意思を有している場合にはクランクシャフトの回転速度を比較的速やかにまたは時間をかけずに上昇させる制御装置。

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