JP2015143479A

JP2015143479A - 制御装置

Info

Publication number: JP2015143479A
Application number: JP2014016370A
Authority: JP
Inventors: 直樹大治; Naoki Oji; 健児鷺森; Kenji Sagimori
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2014-01-31
Publication date: 2015-08-06

Abstract

【課題】アイドルストップしていた内燃機関を再始動する際に、内燃機関と車軸との間に介在するクラッチを可及的速やかに締結しながら、ショックの発生を抑制する。【解決手段】アイドルストップした内燃機関を再始動する際、その始動のためのクランキングを開始してから、気筒に充填された混合気への点火を行う度に、内燃機関の回転速度または回転速度の変化量を検出し、検出した回転速度または変化量が所定以上であるか否かに応じて、次回以降の混合気への点火機会における点火タイミングの遅角補正量を調整する。【選択図】図３

Description

本発明は、アイドルストップ車両の制御装置に関する。

信号待ち等による車両の停車中に、内燃機関のアイドル回転を停止させるアイドルストップを実施することが知られている（例えば、下記特許文献１を参照）。既存のアイドリングストップシステムでは、車速が所定値以下で、ブレーキペダルが閾値以上に踏み込まれており、内燃機関の冷却水温及び車載バッテリの電圧が十分高い、等といった諸条件が成立したときに、内燃機関を停止させる。アイドルストップ中、運転者がブレーキペダルから足を離すか、アクセルペダルを踏み込む等の再始動要求があったときには、内燃機関を再始動する。

特開２０１２−１３７０１８号公報

内燃機関と車軸（駆動輪）との間に介在するクラッチに対し、内燃機関から回転トルクの伝達を受けて稼働する機械式のポンプが吐出する作動液を供給する態様の車両では、アイドルストップにより作動液ポンプの稼働が停止することから、アイドルストップ中にクラッチが切断される。

その後、アイドルストップ終了条件が成立した暁には、車両を速やかに再発進可能とする必要から、クラッチを速やかに再締結しなくてはならない。クラッチを迅速に締結するためには、クラッチに供給する作動液圧を急増させるより他にない。このとき、内燃機関の回転速度の上昇が急峻であると、クラッチの急速な締結と相まって、車両にショックが発生することがあった。

クラッチに供給する作動液圧を緩慢に増大させ、クラッチの締結に時間をかければ、ショックを回避することが可能である。しかしながら、クラッチの締結の遅れは、アイドルストップ終了後の車両の再発進の遅れにつながる。

本発明は、以上の問題に初めて着目してなされたものであり、アイドルストップしていた内燃機関を再始動する際に、クラッチを可及的速やかに締結しながら、ショックの発生を抑制することを所期の目的としている。

上述した課題を解決するべく、本発明では、内燃機関から回転トルクの伝達を受けて稼働する機械式のポンプが吐出した作動液の圧力を用いて内燃機関と車軸との間に介在するクラッチを締結するとともに、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ル回転を停止させるアイドルストップを実施する車両の制御装置であって、アイドルストップした内燃機関を再始動する際、その始動のためのクランキングを開始してから、気筒に充填された混合気への点火を行う度に、内燃機関の回転速度または回転速度の変化量を検出し、検出した回転速度または変化量が所定以上であるか否かに応じて、次回以降の混合気への点火機会における点火タイミングの遅角補正量を調整す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た内燃機関を再始動する際に、クラッチを可及的速やかに締結しながら、ショックの発生を抑制することが可能となる。

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。同実施形態の制御装置がプログラムに従い実行する処理の手順例を示すフロー図。再始動のためのクランキング中の内燃機関の回転速度の上昇の推移を模式的に示す図。

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ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち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。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

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（ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙＶａｒｉａｂｌｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）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、断接切換可能な液圧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、断接切換可能な液圧クラッチたるリバースクラッチ８５を介設している。

走行レンジのうちのＤレンジでは、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、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を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。

非走行レンジである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）、及び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は、トルクコンバータ７に用いられる流体と共通である。この流体は、トランスミッションフルード（ＣＶＴＦ）と呼称される。このフルードを吸込んで吐出する作動液ポンプ７６は、トルクコンバータ７と前後進切換装置８との間に所在し、内燃機関のクランクシャフトからトルク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。また、このフルードは、前後進切換装置８やＣＶＴ９のベルト９３等の潤滑、並びにベルト９３のプーリ９１、９２に対する滑り摩擦の抑止等にも用いられる。

本実施形態の制御装置たるＥＣＵ０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、ブレーキペダルが踏まれているか否かまたは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スイッチまたは踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気負圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の温度を示唆する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、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１３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、点火タイミング、トルクコンバータ７のロックアップを行うか否か、自動変速機８、９の変速比等といった運転パラメータを決定する。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（スタータモータまたはモータジェネレータ。図示せず）に制御信号ｏを入力し、電動機によりクランクシャフトを回転させるクランキングを行う。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、エンジン回転数即ち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（完爆したものと見なして）終了する。

本実施形態のＥＣＵ０は、信号待ち等による車両の停車の際に、内燃機関のアイドル回転を停止させるアイドルストップを実施する。

図３に、車両が減速して停止する際にＥＣＵ０が実行する処理の手順例を示す。ＥＣＵ０は、アイドルストップ条件が成立したときに（ステップＳ１）、内燃機関のアイドル回転を停止させるアイドルストップの実行を開始する（ステップＳ２）。

ステップＳ１では、車速が所定値（例えば、１０ｋｍ／ｈないし１３ｋｍ／ｈの値）以下で、運転者によりブレーキペダルが踏まれている（ブレーキスイッチがＯＮ）かブレーキの操作量（ブレーキペダルの踏込量またはマスタシリンダ圧）が判定閾値を上回っており、冷却水温及びバッテリ電圧がそれぞれ所定値よりも高く、直近の内燃機関の再始動後に車速が所定値（例えば、１０ｋｍ／ｈないし１３ｋｍ／ｈの値）以上に上昇した履歴がある、といった諸条件がおしなべて成立したことを以て、アイドルストップ条件が成立したものと判断する。

内燃機関のアイドル回転が停止するアイドルストップ中は、作動液ポンプ７６の稼働も停止する。よって、クラッチたるフォワードブレーキ８４に供給されていた作動液圧が失われて、締結していたフォワードブレーキ８４が切断される。

アイドルストップ条件の成立後、アイドルストップ終了条件が成立した暁には（ステップＳ３）、内燃機関を再始動するためのクランキングを開始する（ステップＳ４）。

ステップＳ３では、運転者がブレーキペダルから足を離した（ブレーキスイッチがＯＦＦ）かブレーキの操作量（ブレーキペダルの踏込量またはマスタシリンダ圧）が判定閾値を下回った、逆にブレーキペダルがさらに強く踏み込まれた（ブレーキペダルの踏込量またはマスタシリンダ圧がさらに上昇した）、アクセルペダルが踏まれた、アイドルストップ状態で所定時間（例えば、３分）が経過した、等のうちの何れかの成立を以て、アイドルストップ終了条件が成立したものと判断する。

内燃機関のクランキングの開始後は、各気筒１においてインジェクタ１１から燃料を噴射するとともに、同気筒１の点火プラグ１２により気筒１に充填された混合気に火花点火して、これを燃焼させる。

冷間始動時と異なり、アイドルストップからの再始動時には、既に内燃機関の温度が十分に高く、エンジンオイルの粘性も低くなっている。それ故、冷間始動と比較して内燃機関のメカロスが小さく、エンジン回転数が速やかに加速できる。さらには、冷間始動と比較してクランキング期間が短く、サージタンク３３内の吸気圧も比較的高い（吸気負圧が低い）。このことから、気筒１により多くの吸気が流入し、冷間始動よりも大きいエンジントルクが出力される傾向にある。従って、冷間始動と同等の点火タイミングで混合気に点火すると、エンジン回転数が急上昇してしまい、完爆後にエンジン回転数が大きくオーバシュートする吹き上がりが生じる。加えて、切断していたフォワードブレーキ８４が再締結されるときにショックが発生し、運転者を含む搭乗者に違和感や不快感を与える懸念がある。

そこで、アイドルストップ後の再始動における点火タイミングを、冷間始動における点火タイミングよりも遅角させる。これにより、エンジントルクの増大及びエンジン回転数の加速の抑制を図る。

その上で、本実施形態のＥＣＵ０は、気筒１に充填された混合気への点火を行う度に、内燃機関の回転速度または回転速度の変化量をエンジン回転センサを介して検出する（ステップＳ５）。図４に、クランキング中の内燃機関の回転速度の上昇の推移を模式的に示している。図中、Ｖ_iは、ｉ回目の点火機会後に計測されたエンジン回転数（の極大値）を表しており、ΔＶ_iは、（ｉ−１）回目の点火機会後に計測されたエンジン回転数Ｖ_i-1とｉ回目の点火機会後に計測されたエンジン回転数Ｖ_iとの差分、即ちエンジン回転数の上昇量を表している。

点火機会は、換言すれば、何れかの気筒１における混合気の燃焼（膨張行程）の機会である。複数の気筒１を包有する内燃機関では、（ｉ−１）回目の点火燃焼を実施した気筒１と、ｉ回目の点火燃焼を実施する気筒１とが相異なることが通常である。

しかして、ＥＣＵ０は、ｉ回目の点火機会後に検出したエンジン回転数Ｖ_iをｉ回目の点火機会後におけるエンジン回転数の目標値Ｔ_iと比較し、及び／または、ｉ回目の点火機会後に検出したエンジン回転数の変化量ΔＶ_iをエンジン回転数の加速目標値ΔＴと比較する（ステップＳ８）。

エンジン回転数Ｖ_iがその目標値Ｔ_i以上であり、及び／または、エンジン回転数の変化量ΔＶ_iがその加速目標値ΔＴ以上であるならば、内燃機関の回転の加速が必要十分であると言え、次回即ち（ｉ＋１）回目の点火機会における点火タイミングを遅角させてエンジントルクを抑制することが許される。よって、（ｉ＋１）回目の点火機会における点火タイミングを、冷間始動における点火タイミングよりも遅角させる（ステップＳ９）。

翻って、エンジン回転数Ｖ_iがその目標値Ｔ_i未満であり、及び／または、エンジン回転数の変化量ΔＶ_iがその加速目標値ΔＴ未満であるならば、内燃機関の回転の加速が不十分であるため、（ｉ＋１）回目の点火機会における点火タイミングを遅角させずにエンジントルクを増強した方がよい。よって、（ｉ＋１）回目の点火機会における点火タイミングを、冷間始動における点火タイミングと同等とするか、冷間始動における点火タイミングより遅角させるとしてもその遅角補正量をステップＳ９と比較して小さくする（ステップＳ１０）。

エンジン回転数Ｖ_iが冷却水温等に応じて定まる判定値を超えたならば（ステップＳ６）、クランキングを終了する（ステップＳ７）。

本実施形態では、内燃機関から回転トルクの伝達を受けて稼働する機械式のポンプ７６が吐出した作動液の圧力を用いて内燃機関と車軸１０３との間に介在するクラッチ８４を締結するとともに、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ル回転を停止させるアイドルストップを実施する車両の制御装置０であって、アイドルストップした内燃機関を再始動する際、その始動のためのクランキングを開始してから、気筒１に充填された混合気への点火を行う度に、内燃機関の回転速度Ｖ_iまたは回転速度の変化量ΔＶ_iを検出し、検出した回転速度Ｖ_iまたは変化量ΔＶ_iが所定（Ｔ_iまたはΔＴ）以上であるか否かに応じて、次回以降の混合気への点火機会における点火タイミングの遅角補正量を調整する制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、アイドルストップしていた内燃機関を再始動する際に、その回転速度Ｖ_iの上昇の度合いを、クラッチ８４の締結に伴う大きなショックが発生しない程度に抑制できる。従って、クラッチ８４に供給する作動液を急速に増大させてクラッチ８４を可及的速やかに締結することが許容されるので、車両を迅速に再発進可能な状態とすることができ、ドライバビリティの向上に資する。

また、再始動に伴うエンジン回転数の吹き上がりを抑止できるので、その分だけ燃料噴射及び燃焼の回数を削減できる。

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。各部の具体的構成や具体的な処理の手順は、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制御に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１２…点火プラグ
７６…機械式のポンプ
８４…クラッチ
１０３…車軸

Claims

内燃機関から回転トルクの伝達を受けて稼働する機械式のポンプが吐出した作動液の圧力を用いて内燃機関と車軸との間に介在するクラッチを締結するとともに、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ル回転を停止させるアイドルストップを実施する車両の制御装置であって、
アイドルストップした内燃機関を再始動する際、その始動のためのクランキングを開始してから、気筒に充填された混合気への点火を行う度に、内燃機関の回転速度または回転速度の変化量を検出し、検出した回転速度または変化量が所定以上であるか否かに応じて、次回以降の混合気への点火機会における点火タイミングの遅角補正量を調整する制御装置。