JP3649171B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関を自動的に始動する制御装置に関し、特に電気で動作してクランキングをおこなう始動機構を備えた内燃機関を対象とする制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関を動力源とする車両の燃費を向上させる技術として、エコラン制御と称される制御が知られている。これは、車両が停止している間は、可及的に内燃機関を停止させる制御であって、基本的には、車両が停止後、直ちには発進しないことが判定される場合に、内燃機関を自動的に停止し、その後、発進の要求が判定されたことに基づいて内燃機関を再始動する制御である。
【０００３】
このエコラン制御による内燃機関の自動停止および再始動は、車両が走行している過程で車両が一時的に停止した場合に自動的に実行され、運転者あるいは搭乗者の意図に関わりなく実行される。したがって車両の挙動としては、内燃機関の自動停止およびその後の再始動が体感されない挙動であることが望ましい。言い換えれば、内燃機関の停止・再始動が体感される状態は、発進する意図に反して車両が停止しており、発進操作に遅れて車両が発進する状態であり、このような状態は、いわゆるもたつき感の要因となり、ドライバビリティが悪化することになる。
【０００４】
したがって、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどのクランキングによって始動する内燃機関を搭載した車両では、エコラン制御によって停止させた内燃機関を再始動する場合、可及的に迅速にクランキングをおこなって、再始動の条件の成立から内燃機関が自立回転するまでに要する時間を短くすることが望まれる。通常、内燃機関のクランキングには電気モータの一種であるスタータが使用されている。例えば特開平１１−１２２８２４号公報に記載された装置では、主バッテリとそれより低圧の補機バッテリとを備え、主バッテリの充電量が低下した場合に、補機バッテリによって主バッテリの充電をおこない、確実にスタータを駆動して内燃機関を始動させるように構成されている。
【０００５】
また、一方、従来では、内燃機関と併せて電動機を動力源として備えたハイブリッド車が知られており、この種の車両では、動力源としての電動機の容量が、内燃機関を始動するためのスタータの容量に対してかなり大きいので、スタータのための通常のバッテリに加えて、動力源としての電動機のための高圧のバッテリを搭載することがおこなわれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の公報に記載された装置は、スタータを駆動するための電源は、主バッテリのみであり、補機バッテリはその主バッテリの充電量が低下した場合に主バッテリに電力を供給するに過ぎない。したがってこの装置におけるスタータの駆動は、主バッテリから供給される電力を越えたものとはならず、手動操作によって内燃機関を始動する場合といわゆるエコラン制御で自動的に内燃機関を始動する場合とのいずれの場合であっても、内燃機関を始動するために要する時間は同じになってしまう。言い換えれば、たとえ二種類のバッテリを備えていても、エコラン制御での内燃機関の始動に要求される始動応答性を満たすことは困難である。なお、その主バッテリの電圧を通常の車両より高くすることにより、内燃機関の始動を常時、迅速におこなうように構成することもできるが、このようにすると、主バッテリが不必要に大容量になり、またスタータの耐久性が低下するなどの他の課題が生じる可能性がある。
【０００７】
また、電動機を動力源として併せ持つ上記のハイブリッド車では、走行のために駆動する電動機によって内燃機関を始動させることが可能であり、その場合には、内燃機関に付設したスタータにより始動する場合よりも迅速に内燃機関を始動させることができる。しかしながら、このような制御をおこなうためには、走行のためにも使用できる程度の大容量の電動機を備える必要があり、ハイブリッド車以外では到底採用できないシステムである。また、電動機のための高圧バッテリは、電動機自体が走行のために使用できる程度に大容量であるから、その高圧バッテリもかなり大型のものとなり、結局、車体重量の増大などの問題が生じる可能性がある。
【０００８】
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであって、人為的操作によらない内燃機関の始動を、車両の構造やシステムを特に複雑化することなく、迅速におこなうことができる制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用】
この発明は、上記の目的を達成するために、内燃機関を始動するための単一の始動機構に対して少なくとも高低二種類の電圧の電源部を用意し、内燃機関を始動する状況に応じて始動機構をこれらの電源部に切り替えて接続するように構成したことを特徴とするものである。より具体的には、請求項１の発明は、停止している内燃機関を、予め定めた始動条件が成立することにより始動させる制御を実行する内燃機関の制御装置において、低圧電源部と高圧電源部との少なくとも二つの電源部と、その電源部から電力を受けて動作することにより前記内燃機関を回転させる始動機構と、その始動機構を前記低圧電源部と高圧電源部とに選択的に切り替えて接続する切換機構とを備え、前記始動条件が成立する以前に前記始動機構を前記低圧電源部から高圧電源部に切り替えて接続させるよう前記切換機構を制御する切換制御手段を更に備えていることを特徴とする制御装置である。
【００１０】
したがって請求項１の発明では、内燃機関をクランキングして始動する始動機構を、低圧電源部によって駆動し、あるいは高圧電源部によって駆動することができる。高圧電源部によって始動機構を駆動した場合、始動機構の出力が増大するので、内燃機関を迅速に始動することができ、その結果、前記所定の始動条件が成立して内燃機関を自動的に始動する場合の時間的な遅れを、低圧電源部によって始動する場合に比べて短くすることができる。そのため、車両を発進させる際のいわゆるもたつき感を解消もしくは抑制することができる。
また、前記始動条件が成立して始動機構に電力を供給する必要がある時点では、既に切換機構が切り替わっていて、始動機構が高圧電源部に接続されている。そのため、切換機構が例えば有接点式の機構であり、そのために、通電に先立って接点の導通状態もしくは接触状態を安定させる必要がある場合であっても、始動条件が成立した時点では、その切り替えられた接点が安定していて直ちに通電できるので、始動機構によって内燃機関を始動するために要する時間を短縮でき、車両を発進させる際のいわゆるもたつき感を解消もしくは抑制することができる。
【００１３】
さらに、請求項２の発明は、請求項１における前記切換制御手段が、前記内燃機関を停止させるための予め定めた停止条件が成立した後、前記内燃機関が停止するまでの間に前記始動機構を前記低圧電源部から高圧電源部に切り替えて接続させるよう前記切換機構を制御する手段を含むことを特徴とする制御装置である。
【００１４】
したがって、請求項２の発明では、停止条件が成立した後、内燃機関が実際に停止するまでの間、すなわち内燃機関が動作している間に、切換機構が切り替え動作させられる。そのため、切換機構が有接点式のものであって切り替え動作に伴って接点の接触音もしくは当接音が生じることがあっても、内燃機関が動作していることによる音によって、切換機構で生じる音がかき消され、もしくは両者の音が融合し、切換機構で生じる音が目立つことがない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
つぎにこの発明を具体例に基づいて説明する。図１は、この発明で対象とする内燃機関の制御系統図であって、その内燃機関（エンジン）１は、始動するためには外力によって出力軸を強制的に回転させるクランキングを必要とするディーゼルエンジンもしくはガソリンエンジンであって、そのクランキングのためにスタータ２を備えている。このスタータ２は、電気モータを主体とする公知の構成のものであって、高電圧の電源および低電圧の電源のいずれでも駆動できるように構成されている。
【００１６】
このスタータ２のための電源として、低圧電源部３と高圧電源部４とが設けられている。これらの電源部３，４は個別に設けられたバッテリもしくは単一のバッテリにおける出力電圧の異なる端子であって、低圧電源部３は例えば通常の車両で用いられている１２Ｖの電源であり、これに対して高圧電源部４は３６Ｖ程度の電源である。
【００１７】
前記スタータ２をこれらの電源部３，４に切り換えて接続するための切換機構である２入力切替リレー５が設けられている。このリレー５は、電気的に制御されて互いに導通する接点を変更するように構成されている。すなわち、スタータ２側の接点５Ａを、低圧電源部３側の接点５Ｂと高圧電源部４側の接点５Ｃとのいずれかに切り替えて導通させるように構成されている。
【００１８】
上記のエンジン１およびスタータ２ならびにリレー５を制御するための制御装置６が設けられている。この制御装置６は、一例としてマイクロプロセッサーを主体として構成された電子制御装置であって、入力されたデータに基づいて各種の演算をおこなって所定の制御信号を出力するように構成されている。その入力データの例を挙げると、エンジン回転数を示す信号、エコランスイッチからの信号、車速を示す信号、車両を制動するブレーキのオン・オフ状態を示す信号、エンジン水温を示す信号や電源部の電圧を示す信号などの各種の信号が入力されている。また、出力される制御信号は、エンジン１の停止制御信号、エンジン１の始動制御信号、スタータ２の動作を制御する制御信号、前記リレー５の切替制御信号などである。
【００１９】
ここで、制御装置６から出力されるエンジン１についての制御信号について更に説明する。図示しないエコランスイッチがオン操作されていると、エコラン制御を実行可能な状態となる。このエコラン制御とは、車両が一時的に停止した場合に、所定の停止条件が成立することによりエンジン１を自動的に停止させ、その状態で所定の始動条件が成立することによりエンジン１を自動的に始動させる制御である。例えば車速が所定値以下となって車両が停止したことが判定され、その状態でブレーキ・オンの信号が入力されると、エンジン１を停止させる停止条件が成立し、停止制御信号が出力される。エンジン１がディーゼルエンジンの場合、先ず、吸気絞り弁を閉じて吸気を減少させ、その後にシリンダ内への燃料の噴射を停止させる内容を含む制御信号である。また、始動制御信号は、吸気絞り弁を開いて吸気を確保し、スタータ２によってクランキングされることにより圧縮行程となるシリンダから順に燃料を噴射する制御信号である。
【００２０】
さらに、スタータ２についての制御信号は、スタータ２を所定のタイミングでオン・オフする内容の制御信号である。そして、リレー５についての制御信号は、エンジン１の自動停止・自動始動の制御をおこなわない通常の状態では、スタータ２を低圧電源部３に接続し、これとは反対にエンジン１の自動停止・自動始動の制御をおこなうエコラン制御時には、スタータ２を高圧電源部４に接続するための制御信号である。
【００２１】
この発明に係る上記の制御装置６によって実行されるエンジン１の停止制御および始動制御の例を図２に示してある。先ず停止制御について説明すると、図２の（Ａ）に示すように、停止条件が成立したか否かが判定される（ステップＳ１）。この停止条件は、エコラン制御によってエンジン１を自動的に停止させるための条件であり、例えば車速がゼロでかつブレーキ・オンの状態である。
【００２２】
このステップＳ１で否定的に判定された場合には、特に制御をおこなうことなくリターンする。これに対して停止条件が成立していることによりステップＳ１で肯定的に判定された場合には、リレー５における接点を切り替える制御が実行される（ステップＳ２）。その接点の切り替えは、スタータ２を高圧電源部４に接続するように、互いに導通する接点を変更する制御である。具体的には、前述したスタータ２側の接点５Ａを高圧電源部４側の接点５Ｃに導通させるように接点が切り替えられる。エンジン１の停止後の再始動に備えるためである。
【００２３】
この切り替え制御の時点では、エンジン１が未だ回転していて、それに伴う音が生じている。したがって接点が切り替わることに起因する作動音が生じても、エンジン音にかき消され、あるいはエンジン音に融合し、接点の切り替えに伴う作動音が目立つことはない。
【００２４】
その後、エンジン１の停止準備制御が実行される（ステップＳ３）。この停止準備制御は、エンジン１を振動を生じることなくスムースに停止させるための予備的な制御であり、例えばディーゼルエンジンの場合、吸気絞り弁やＥＧＲ弁（排ガス再循環用の制御弁）を閉じてシリンダへの吸気量を減じた後、燃料の供給を停止する制御である。この制御を実行することによりエンジン１の回転数が次第に低下する。
【００２５】
ついで、エンジン１が停止したか否かが判定される（ステップＳ４）。これは、エンジン回転数信号に基づいて判定される。このステップＳ４で否定的に判定された場合には、ステップＳ３に戻って従前の制御を継続する。これとは反対に肯定的に判定された場合には、このルーチンを終了する。
【００２６】
このようにして自動停止させたエンジン１を、いわゆるエコラン制御の下に再始動する場合、図２の（Ｂ）に示すように、先ず、始動条件が成立したか否かが判定される（ステップＳ１１）。この始動条件は、例えばブレーキペダル（図示せず）が戻されてブレーキ・オフの状態となることである。
【００２７】
このステップＳ１１で否定的に判定された場合には、特に制御をおこなうことなくこのルーチンを抜ける。また反対に肯定的に判定された場合には、始動制御が実行される（ステップＳ１２）。この始動制御は、要は、停止しているエンジン１を自立回転するように始動する制御であって、ディーゼルエンジンを対象とする場合には、吸気絞り弁を開くとともに、スタータ２に電力を供給してこれを駆動し、そのスタータ２によってエンジン１をクランキングする。これと併せてエンジン１に対して燃料を供給する。
【００２８】
その場合、リレー５は既に高圧電源部４側に切り替わっていて接点が安定しているから、通電に伴ってアーク（もしくはスパーク）が発生するなどのことはない。また、スタータ２は、前述したように、リレー５を介して高圧電源部４に接続されているので、その出力トルクが大きく、その結果、エンジン１の回転数が急速に増大させられて自立回転する。すなわちクランキングによるエンジン１の始動が迅速におこなわれる。
【００２９】
ついで、エンジン１の始動が完了したか否かが判断される（ステップＳ１３）。これは、エンジン回転数に基づいて判断することができ、あるいはスタータ２を駆動した後の経過時間によって判断することができる。
【００３０】
このステップＳ１３で否定的に判断された場合には、ステップＳ１２に基づいて始動制御を継続し、また肯定的に判断されてエンジン１の始動が完了している場合には、リレー５の接点を切り替える制御が実行される（ステップＳ１４）。具体的には、スタータ２を低圧電源部３に接続するようにリレー５が切り替えられる。エコラン制御の下でのエンジン１の始動以外の通常時は、低圧電源部３を使用するためである。すなわち手動操作によってエンジン１を始動する場合には、低圧電源部３からスタータ２に給電してエンジン１をクランキングすることによりエンジン１が始動させられる。言い換えれば、高圧電源部４はエコラン制御の下で自動的にエンジン１を始動する場合に限って使用される。
【００３１】
上記の制御をおこなった場合のタイムチャートを、従来例と併せて図３に示してある。すなわち車速がゼロになった後のｔ1 時点に停止条件が成立してエンジン１の停止要求が発せられると、直ちにリレー５の接点が高圧側に切り替えられる。この時点ではエンジン１が回転しているので、リレー５の接点を切り替えることに伴う作動音が目立つことはない。また、通電されていないので、接点間でアークもしくはスパークが発生することはない。
【００３２】
そして、停止準備制御が実行されることにより、その後のｔ2 時点にエンジン１が停止する。
【００３３】
その状態でブレーキ・オフとなるなどのことによってｔ3 時点に始動条件が成立すると、エンジン１の再始動要求が発せられ、スタータ２が駆動させられる。その場合、リレー５の接点が既に切り替わっているので、スタータ２に対して直ちに通電され、エンジン１のクランキングがおこなわれる。その後のｔ4 時点にエンジン１の始動が完了し、スタータ２が停止させられる。その直後のｔ5 時点にリレー５が低圧側に切り替えられる。
【００３４】
これに対して従来の制御では、エンジン１の再始動要求があったｔ3 時点にリレー５の接点を切り替えるので、接点が安定した後のｔ31時点にスタータ２に対する通電が可能になる。その結果、ｔ3 時点からｔ31時点までの間の時間が、エンジン１の始動の遅れとなり、これがいわゆるもたつき感の原因となる。
【００３５】
ここで、上記の具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、上述した低圧電源部３および高圧電源部４がこの発明の電源部に相当し、またスタータ２がこの発明の始動機構に相当し、さらにリレー５がこの発明の切換機構に相当する。そして、上記の制御装置６およびこれで実行される前記ステップＳ２，Ｓ１４の機能的手段がこの発明の切換制御手段に相当する。
【００３６】
なお、この発明は、上述した具体例に限定されない。したがってこの発明の内燃機関は、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン以外に、適宜の燃料ガスを燃焼させる内燃機関であってもよく、要は、始動の際にクランキングを必要とする内燃機関であればよい。また、電源部は、単一あるいは複数のバッテリもしくはキャパシターなどの電力を出力できるものであればよい。さらに、この発明の始動機構は上述したスタータ以外の装置であってもよく、要は、内燃機関をいわゆるクランキングするものであればよい。
【００３７】
そして、この発明の切換機構は、有接点式のものに限定されないのであり、要は、始動機構を低圧電源部と高圧電源部とに切り換えて接続させることのできる装置であればよい。さらに、この発明は内燃機関の始動を所定の条件の成立に基づいて自動的におこなうように構成されていればよいのであって、内燃機関の停止操作は、所定の停止条件の成立に基づいて自動的におこなう以外に、人為的操作でおこなってもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、所定の始動条件が成立して内燃機関を始動する場合、高圧電源部によって始動機構を駆動して大きい駆動力で内燃機関を始動するので、内燃機関を迅速に始動することができ、その結果、前記所定の始動条件が成立して内燃機関を自動的に始動する場合の時間的な遅れを、低圧電源部によって始動する場合に比べて短くすることができる。そのため、車両を発進させる際のいわゆるもたつき感を解消もしくは抑制することができる。また、高圧電源部を使用するのは、所定の始動条件が成立して内燃機関を始動する場合に限られるので、始動機構の耐久性の低下を防止することができる。さらに、始動機構は単一でよいうえに、高圧電源部は、特に大容量である必要がないので、装置の全体としての構成が特に複雑かつ大型化することを回避することができる。また、前記始動条件が成立して始動機構に電力を供給する必要がある時点では、既に切換機構が切り替わっていて、始動機構が高圧電源部に接続されているため、切換機構が例えば有接点式の機構であり、そのために、通電に先立って接点の導通状態もしくは接触状態を安定させる必要がある場合であっても、始動条件が成立した時点では、その切り替えられた接点が安定していて直ちに通電できるので、始動機構によって内燃機関を始動するために要する時間を短縮でき、車両を発進させる際のいわゆるもたつき感を解消もしくは抑制することができる。
【００４０】
さらに、請求項２の発明によれば、停止条件が成立した後、内燃機関が実際に停止するまでの間、すなわち内燃機関が動作している間に、切換機構が切り替え動作させられるため、切換機構が有接点式のものであって切り替え動作に伴って接点の接触音もしくは当接音が生じることがあっても、内燃機関が動作していることによる音によって、切換機構で生じる音がかき消され、もしくは両者の音が融合し、切換機構で生じる音が目立つことがなく、その結果、車両の乗り心地の悪化を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明で対象とする内燃機関の制御系統を模式的に示すブロック図である。
【図２】 この発明の制御装置による制御例を示すフローチャートである。
【図３】 図２に示す制御をおこなった場合の状態変化を従来例と併せて示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１…エンジン、 ２…スタータ、 ３…低圧電源部、 ４…高圧電源部、 ５…リレー、 ６…制御装置。

Claims (2)

1. 停止している内燃機関を、予め定めた始動条件が成立することにより始動させる制御を実行する内燃機関の制御装置において、
   低圧電源部と高圧電源部との少なくとも二つの電源部と、
   その電源部から電力を受けて動作することにより前記内燃機関を回転させる始動機構と、
   その始動機構を前記低圧電源部と高圧電源部とに選択的に切り替えて接続する切換機構とを備え、
   前記始動条件が成立する以前に前記始動機構を前記低圧電源部から高圧電源部に切り替えて接続させるよう前記切換機構を制御する切換制御手段を更に備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記切換制御手段は、前記内燃機関を停止させるための予め定めた停止条件が成立した後、前記内燃機関が停止するまでの間に前記始動機構を前記低圧電源部から高圧電源部に切り替えて接続させるよう前記切換機構を制御する手段を含む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。

Images