JP3978959B2 - 車両用内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スロットル弁の開度を電子制御する電制スロットルシステムと、停車時に機関のアイドル運転を強制的に停止し、該停止後のアクセル操作により電動機を駆動させて機関を再始動して車両を発進させるアイドルストップ・再始動システムと、を備えた車両用内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃費低減、排気浄化改善のため、停車時に機関のアイドル運転を強制的に停止し、該停止後のアクセル操作により電動機を駆動させて機関を再始動して車両を再発進させるアイドルストップ・再始動システムが知られている。
【０００３】
かかるシステムを備えた車両用内燃機関において、前記車両の再発進時にアクセルペダルの踏み込みに応じてスロットル弁の急開により急発進することを防止するため、前記電制スロットルシステムを備えたものにおいて、停車時にスロットル弁開度を再始動時に要求される開度に設定しておき、再始動時はアイドル回転速度に達するまでは該開度に保持し、その後アクセルペダルの踏み込み量に応じた開度に漸増するように制御する技術が提案されている（特開平８−１９３５３１号公報参照)。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術では、停車時のアイドル運転停止状態が長時間継続すると、機関運転停止状態でバッテリへの充電が行われないまま電制スロットルシステムへ電力供給され続けるため、バッテリが過放電される惧れがあり、燃費も低下していた。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、停車時のアイドル運転中の過放電を防止しつつ滑らかな再発進が行えるようにした車両用内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、図１に示すように、
機関の運転条件に応じてスロットル弁を目標開度になるように電動アクチュエータで開閉する電制スロットルシステムと、停車時に機関のアイドル運転を強制的に停止し、該停止後のアクセル操作により電動機を駆動させて機関を再始動して車両を発進させるアイドルストップ・再始動システムと、を備えた車両用内燃機関において、
前記電制スロットルシステムを、前記スロットル弁の弁軸に連結されたレバーを前記電動アクチュエータで駆動してスロットル弁の開度を制御するように構成する一方、前記レバーの両側に２つのスプリングを連結し、
前記電制スロットルシステムの電源ＯＦＦ時のスロットル弁の開度を、前記２つのスプリングの付勢力がバランスする位置で、前記機関の再始動に必要な空気量を機関に供給する開度に設定する再始動時開度設定手段と、
前記機関の強制的な停止後、前記スロットル弁の開度を漸減し、設定時間の経過後に、前記電制スロットルシステムの電源をＯＦＦとする電源シャットオフ手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【０００７】
請求項１に係る発明によると、
停車時には、アイドルストップ・再始動システムにより燃料噴射停止等により強制的に機関のアイドル運転が停止されると共に、電源シャットオフ手段により、電制スロットルシステムの電源をＯＦＦとされ、これにより、再始動時開度設定手段によりスロットル弁の開度が機関の再始動に必要な空気量を機関に供給する開度に設定される。
【０００８】
このように、アイドル運転の強制停止中は、電制スロットルシステムの電源をＯＦＦとされるので、バッテリの過放電が防止される。
そして、アクセル操作により車両を再発進する時には、スロットル弁の開度が機関の再始動に必要な空気量を機関に供給する開度に設定されているので、車両の急発進を防止できる。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、
前記設定時間は、機関の吸気負圧に応じて設定されることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明によると、
前記遅れ時間を機関の吸気負圧に応じて設定することにより、燃費改善効果を確保しつつスムーズな運転停止に必要最小限の遅れ時間に設定できる。
【００１３】
また、請求項３に係る発明は、
前記機関の再始動時は、前記電動機による機関の再始動が完了するまでスロットル弁の開度を、前記機関の再始動に必要な空気量を機関に供給する開度に保持し、再始動完了後アクセル操作量に応じた開度に徐々に近づける制御を行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る発明によると、
車両の急発進を防止しつつ滑らかな再発進を行なうことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図２は、本発明の一実施形態のシステム構成を示す。
【００１６】
アクセル操作量センサ１は、ドライバによって踏み込まれたアクセルペダルの踏込み量（アクセル操作量) を検出する。
クランク角センサ２は、単位クランク角毎のポジション信号及び気筒行程位相差毎の基準信号を発生し、前記ポジション信号の単位時間当りの発生数を計測することにより、あるいは前記基準信号発生周期を計測することにより、機関回転速度を検出する。
【００１７】
エアフローメータ３は、内燃機関４への吸入空気量を検出する。
水温センサ５は、機関の冷却水温度を検出する。
機関４には、燃料噴射信号によって駆動し、燃料を噴射供給する燃料噴射弁６、燃焼室に装着されて点火を行う点火栓７が設けられ、また、機関４の吸気通路８には、スロットル弁９が介装され、該スロットル弁９をその弁軸に連結されたレバー１０を介して駆動することによって弁開度を電子制御可能なアクチュエータ１１が備えられている。これにより、電制スロットルシステムが構成される。
【００１８】
前記レバー１０には、両側にスプリング１２とスプリング１３が、連結されており、アクチュエータ１１の通電をＯＦＦとした状態では、これら２つのスプリング１２とスプリング１３との付勢力がバランスする位置でスロットル弁９が所定の開度に保持されるようになっている。ここで、前記所定の開度が、後述する停車時に運転を停止された機関４を、再始動するのに必要な空気量を機関４に供給するのに相当する開度に設定されている。例えば、通常のスタータスイッチ操作による始動時に設定される開度を、アイドル回転速度制御における最大開度（１０〜１５°程度）とすると、車両発進時の再始動に要求される開度はこれより十分小さい開度（例えば５°程度）に設定される。この構成が、本発明の再始動時開度設定手段に相当する。
【００１９】
また、前記スロットル弁９には、該スロットル弁９の開度を検出するスロットル開度センサ１４及び該スロットル開度センサ１４と一体又は別体にアイドル位置を検出するアイドルスイッチ１５が設けられている。
【００２０】
この他、パーキングブレーキ操作を検出するパーキングスイッチ１６、変速機のシフトレバー位置を検出するシフト位置センサ１７、車速を検出する車速センサ１８等が設けられる。
【００２１】
さらに機関４の始動用の電動機１９を備えている。
前記各種センサ類からの検出信号は、コントロールユニット２０へ入力され、該コントロールユニット２０は、前記センサ類からの信号に基づいて検出される運転状態に応じて前記アクチュエータ１１を介してスロットル弁９の開度を制御し、前記燃料噴射弁６を駆動して燃料噴射量 (燃料供給量) を制御し、点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓７を点火させる通常のエンジン制御を行う。
【００２２】
また、コントロールユニット２０は、停車を検出したときには、機関４への燃料噴射を停止してアイドル運転を強制的に停止させると共に、該停車後のアクセル操作により前記電動機１９を駆動して機関を再始動し車両を発進させる。この機能が、アイドルストップ・再始動システムに相当する。
【００２３】
そして、さらに本発明に係る制御として、前記停車時の強制的なアイドル運転停止時に、前記電制スロットルシステムの電源をＯＦＦとしてアクチュエータ１１への通電を遮断する。これにより、スロットル弁９は、再始動するのに必要な空気量を機関４に供給するのに相当する開度にセットされる。この機能が、電源シャットオフ手段に相当する。
【００２４】
以下、上記本発明に係る停車時及び再発進時の制御を、図３に示したフローチャートにしたがって説明する。
ステップ（図ではＳと記す。以下同様）１では、アイドル運転を強制的に停止させる停車条件が検出されたか否かを判定する。具体的には、前記パーキングスイッチ１６、シフト位置センサ１７、車速センサ１８等に基づき、例えばパーキングブレーキが掛けてあり、かつ、シフトレバーがニュートラル位置若しくはパーキング位置にあり、車速が停止状態（略０）に設定されている場合とする。
【００２５】
ステップ１で停車条件が検出された場合には、ステップ２へ進んで機関４の燃料噴射を停止してアイドル運転を強制的に停止する。
ステップ３では、前記アイドル運転停止操作後の経過時間を計測する。
【００２６】
ステップ４では、前記経過時間が設定時間に達したかを判定する。ここで、該設定時間は、アイドル運転の停止操作後、スロットル弁９の開度を漸減していく減速ダンパ制御により負圧が十分小さくなるのに要する時間に設定されている。
【００２７】
ステップ４で前記経過時間が設定時間に達したと判定されたときは、ステップ５へ進んで、前記電制スロットルシステムの電源をＯＦＦとしてアクチュエータ１１への通電を遮断する。これにより、スロットル弁９は、再始動するのに必要な空気量を機関４に供給するのに相当する開度にセットされる。また、前記設定時間の経過後にスロットル弁開度が再始動時に対応した開度にセットされるため、前記減速ダンパ制御により減速ショックを生じることなくスムーズに運転を停止できる。
【００２８】
次いで、ステップ６では、アクセル操作により車両を再発進させる条件が成立したか否かを判定する。具体的には、シフトレバーがドライブ位置に切り換えられ、かつ、アクセル操作がされたことを検出したときに、該再発進条件が成立したと判定する。
【００２９】
そして、ステップ７で再発進条件の成立を検出したときには、まず、ステップ６で前記電動機１９を駆動してクランキングを行いつつ機関４の燃料噴射を再開して再始動を行う。
【００３０】
ステップ８では、再始動が完了（完爆）したかを判定し、完了するまではスロットル弁９の開度は、前記再始動に要求される開度に維持される。
ステップ８で再始動が完了したと判定されたときは、ステップ９へ進んで電制スロットルシステムを駆動して、スロットル弁９の開度を徐々にアクセル操作量に応じた目標開度に近づける制御を行う。
【００３１】
該停車時及び再始動時のスロットル弁開度の変化の様子を図４に示す。
これにより、アクセル操作量に応じた開度による制御で機関４の発生トルクが過大となって車両が急発進されるようなことを防止でき、スムーズに発進させることができる。
【００３２】
そして、このようなスムーズな再発進性能を確保しつつ、停車時に電制スロットルシステムの電源をＯＦＦとするようにしたので、機関運転停止状態でのバッテリの過放電を防止でき、燃費も向上する。
【００３３】
なお、本発明は、機関のみを原動機とする車両の他、例えば前記始動用の電動機若しくは別途設けた電動機により走行時の駆動力を補助する所謂ハイブリッドエンジンにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】実施の形態における全体システム構成図。
【図３】実施の形態における停車、再発進制御ルーチンを示すフローチャート。
【図４】同上の停車、再発進制御時におけるスロットル弁開度の変化の様子を示すフローチャート。
【符号の説明】
１ アクセル開度センサ
４ 内燃機関
６ 燃料噴射弁
９ スロットル弁
10 レバー
11 アクチュエータ
12 スプリング
13 スプリング
14 スロットル開度センサ
15 アイドルスイッチ
16 パーキングスイッチ
17 シフト位置センサ
18 車速センサ
19 電動機
20 コントロールユニット
【発明の属する技術分野】
本発明は、スロットル弁の開度を電子制御する電制スロットルシステムと、停車時に機関のアイドル運転を強制的に停止し、該停止後のアクセル操作により電動機を駆動させて機関を再始動して車両を発進させるアイドルストップ・再始動システムと、を備えた車両用内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃費低減、排気浄化改善のため、停車時に機関のアイドル運転を強制的に停止し、該停止後のアクセル操作により電動機を駆動させて機関を再始動して車両を再発進させるアイドルストップ・再始動システムが知られている。
【０００３】
かかるシステムを備えた車両用内燃機関において、前記車両の再発進時にアクセルペダルの踏み込みに応じてスロットル弁の急開により急発進することを防止するため、前記電制スロットルシステムを備えたものにおいて、停車時にスロットル弁開度を再始動時に要求される開度に設定しておき、再始動時はアイドル回転速度に達するまでは該開度に保持し、その後アクセルペダルの踏み込み量に応じた開度に漸増するように制御する技術が提案されている（特開平８−１９３５３１号公報参照)。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術では、停車時のアイドル運転停止状態が長時間継続すると、機関運転停止状態でバッテリへの充電が行われないまま電制スロットルシステムへ電力供給され続けるため、バッテリが過放電される惧れがあり、燃費も低下していた。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、停車時のアイドル運転中の過放電を防止しつつ滑らかな再発進が行えるようにした車両用内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、図１に示すように、
機関の運転条件に応じてスロットル弁を目標開度になるように電動アクチュエータで開閉する電制スロットルシステムと、停車時に機関のアイドル運転を強制的に停止し、該停止後のアクセル操作により電動機を駆動させて機関を再始動して車両を発進させるアイドルストップ・再始動システムと、を備えた車両用内燃機関において、
前記電制スロットルシステムを、前記スロットル弁の弁軸に連結されたレバーを前記電動アクチュエータで駆動してスロットル弁の開度を制御するように構成する一方、前記レバーの両側に２つのスプリングを連結し、
前記電制スロットルシステムの電源ＯＦＦ時のスロットル弁の開度を、前記２つのスプリングの付勢力がバランスする位置で、前記機関の再始動に必要な空気量を機関に供給する開度に設定する再始動時開度設定手段と、
前記機関の強制的な停止後、前記スロットル弁の開度を漸減し、設定時間の経過後に、前記電制スロットルシステムの電源をＯＦＦとする電源シャットオフ手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【０００７】
請求項１に係る発明によると、
停車時には、アイドルストップ・再始動システムにより燃料噴射停止等により強制的に機関のアイドル運転が停止されると共に、電源シャットオフ手段により、電制スロットルシステムの電源をＯＦＦとされ、これにより、再始動時開度設定手段によりスロットル弁の開度が機関の再始動に必要な空気量を機関に供給する開度に設定される。
【０００８】
このように、アイドル運転の強制停止中は、電制スロットルシステムの電源をＯＦＦとされるので、バッテリの過放電が防止される。
そして、アクセル操作により車両を再発進する時には、スロットル弁の開度が機関の再始動に必要な空気量を機関に供給する開度に設定されているので、車両の急発進を防止できる。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、
前記設定時間は、機関の吸気負圧に応じて設定されることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明によると、
前記遅れ時間を機関の吸気負圧に応じて設定することにより、燃費改善効果を確保しつつスムーズな運転停止に必要最小限の遅れ時間に設定できる。
【００１３】
また、請求項３に係る発明は、
前記機関の再始動時は、前記電動機による機関の再始動が完了するまでスロットル弁の開度を、前記機関の再始動に必要な空気量を機関に供給する開度に保持し、再始動完了後アクセル操作量に応じた開度に徐々に近づける制御を行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る発明によると、
車両の急発進を防止しつつ滑らかな再発進を行なうことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図２は、本発明の一実施形態のシステム構成を示す。
【００１６】
アクセル操作量センサ１は、ドライバによって踏み込まれたアクセルペダルの踏込み量（アクセル操作量) を検出する。
クランク角センサ２は、単位クランク角毎のポジション信号及び気筒行程位相差毎の基準信号を発生し、前記ポジション信号の単位時間当りの発生数を計測することにより、あるいは前記基準信号発生周期を計測することにより、機関回転速度を検出する。
【００１７】
エアフローメータ３は、内燃機関４への吸入空気量を検出する。
水温センサ５は、機関の冷却水温度を検出する。
機関４には、燃料噴射信号によって駆動し、燃料を噴射供給する燃料噴射弁６、燃焼室に装着されて点火を行う点火栓７が設けられ、また、機関４の吸気通路８には、スロットル弁９が介装され、該スロットル弁９をその弁軸に連結されたレバー１０を介して駆動することによって弁開度を電子制御可能なアクチュエータ１１が備えられている。これにより、電制スロットルシステムが構成される。
【００１８】
前記レバー１０には、両側にスプリング１２とスプリング１３が、連結されており、アクチュエータ１１の通電をＯＦＦとした状態では、これら２つのスプリング１２とスプリング１３との付勢力がバランスする位置でスロットル弁９が所定の開度に保持されるようになっている。ここで、前記所定の開度が、後述する停車時に運転を停止された機関４を、再始動するのに必要な空気量を機関４に供給するのに相当する開度に設定されている。例えば、通常のスタータスイッチ操作による始動時に設定される開度を、アイドル回転速度制御における最大開度（１０〜１５°程度）とすると、車両発進時の再始動に要求される開度はこれより十分小さい開度（例えば５°程度）に設定される。この構成が、本発明の再始動時開度設定手段に相当する。
【００１９】
また、前記スロットル弁９には、該スロットル弁９の開度を検出するスロットル開度センサ１４及び該スロットル開度センサ１４と一体又は別体にアイドル位置を検出するアイドルスイッチ１５が設けられている。
【００２０】
この他、パーキングブレーキ操作を検出するパーキングスイッチ１６、変速機のシフトレバー位置を検出するシフト位置センサ１７、車速を検出する車速センサ１８等が設けられる。
【００２１】
さらに機関４の始動用の電動機１９を備えている。
前記各種センサ類からの検出信号は、コントロールユニット２０へ入力され、該コントロールユニット２０は、前記センサ類からの信号に基づいて検出される運転状態に応じて前記アクチュエータ１１を介してスロットル弁９の開度を制御し、前記燃料噴射弁６を駆動して燃料噴射量 (燃料供給量) を制御し、点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓７を点火させる通常のエンジン制御を行う。
【００２２】
また、コントロールユニット２０は、停車を検出したときには、機関４への燃料噴射を停止してアイドル運転を強制的に停止させると共に、該停車後のアクセル操作により前記電動機１９を駆動して機関を再始動し車両を発進させる。この機能が、アイドルストップ・再始動システムに相当する。
【００２３】
そして、さらに本発明に係る制御として、前記停車時の強制的なアイドル運転停止時に、前記電制スロットルシステムの電源をＯＦＦとしてアクチュエータ１１への通電を遮断する。これにより、スロットル弁９は、再始動するのに必要な空気量を機関４に供給するのに相当する開度にセットされる。この機能が、電源シャットオフ手段に相当する。
【００２４】
以下、上記本発明に係る停車時及び再発進時の制御を、図３に示したフローチャートにしたがって説明する。
ステップ（図ではＳと記す。以下同様）１では、アイドル運転を強制的に停止させる停車条件が検出されたか否かを判定する。具体的には、前記パーキングスイッチ１６、シフト位置センサ１７、車速センサ１８等に基づき、例えばパーキングブレーキが掛けてあり、かつ、シフトレバーがニュートラル位置若しくはパーキング位置にあり、車速が停止状態（略０）に設定されている場合とする。
【００２５】
ステップ１で停車条件が検出された場合には、ステップ２へ進んで機関４の燃料噴射を停止してアイドル運転を強制的に停止する。
ステップ３では、前記アイドル運転停止操作後の経過時間を計測する。
【００２６】
ステップ４では、前記経過時間が設定時間に達したかを判定する。ここで、該設定時間は、アイドル運転の停止操作後、スロットル弁９の開度を漸減していく減速ダンパ制御により負圧が十分小さくなるのに要する時間に設定されている。
【００２７】
ステップ４で前記経過時間が設定時間に達したと判定されたときは、ステップ５へ進んで、前記電制スロットルシステムの電源をＯＦＦとしてアクチュエータ１１への通電を遮断する。これにより、スロットル弁９は、再始動するのに必要な空気量を機関４に供給するのに相当する開度にセットされる。また、前記設定時間の経過後にスロットル弁開度が再始動時に対応した開度にセットされるため、前記減速ダンパ制御により減速ショックを生じることなくスムーズに運転を停止できる。
【００２８】
次いで、ステップ６では、アクセル操作により車両を再発進させる条件が成立したか否かを判定する。具体的には、シフトレバーがドライブ位置に切り換えられ、かつ、アクセル操作がされたことを検出したときに、該再発進条件が成立したと判定する。
【００２９】
そして、ステップ７で再発進条件の成立を検出したときには、まず、ステップ６で前記電動機１９を駆動してクランキングを行いつつ機関４の燃料噴射を再開して再始動を行う。
【００３０】
ステップ８では、再始動が完了（完爆）したかを判定し、完了するまではスロットル弁９の開度は、前記再始動に要求される開度に維持される。
ステップ８で再始動が完了したと判定されたときは、ステップ９へ進んで電制スロットルシステムを駆動して、スロットル弁９の開度を徐々にアクセル操作量に応じた目標開度に近づける制御を行う。
【００３１】
該停車時及び再始動時のスロットル弁開度の変化の様子を図４に示す。
これにより、アクセル操作量に応じた開度による制御で機関４の発生トルクが過大となって車両が急発進されるようなことを防止でき、スムーズに発進させることができる。
【００３２】
そして、このようなスムーズな再発進性能を確保しつつ、停車時に電制スロットルシステムの電源をＯＦＦとするようにしたので、機関運転停止状態でのバッテリの過放電を防止でき、燃費も向上する。
【００３３】
なお、本発明は、機関のみを原動機とする車両の他、例えば前記始動用の電動機若しくは別途設けた電動機により走行時の駆動力を補助する所謂ハイブリッドエンジンにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】実施の形態における全体システム構成図。
【図３】実施の形態における停車、再発進制御ルーチンを示すフローチャート。
【図４】同上の停車、再発進制御時におけるスロットル弁開度の変化の様子を示すフローチャート。
【符号の説明】
１ アクセル開度センサ
４ 内燃機関
６ 燃料噴射弁
９ スロットル弁
10 レバー
11 アクチュエータ
12 スプリング
13 スプリング
14 スロットル開度センサ
15 アイドルスイッチ
16 パーキングスイッチ
17 シフト位置センサ
18 車速センサ
19 電動機
20 コントロールユニット
Claims (3)
- 機関の運転条件に応じてスロットル弁を目標開度になるように電動アクチュエータで開閉する電制スロットルシステムと、停車時に機関のアイドル運転を強制的に停止し、該停止後のアクセル操作により電動機を駆動させて機関を再始動して車両を発進させるアイドルストップ・再始動システムと、を備えた車両用内燃機関において、
前記電制スロットルシステムを、前記スロットル弁の弁軸に連結されたレバーを前記電動アクチュエータで駆動してスロットル弁の開度を制御するように構成する一方、前記レバーの両側に２つのスプリングを連結し、
前記電制スロットルシステムの電源ＯＦＦ時のスロットル弁の開度を、前記２つのスプリングの付勢力がバランスする位置で、前記機関の再始動に必要な空気量を機関に供給する開度に設定する再始動時開度設定手段と、
前記機関の強制的な停止後、前記スロットル弁の開度を漸減し、設定時間の経過後に、前記電制スロットルシステムの電源をＯＦＦとする電源シャットオフ手段と、
を含んで構成したことを特徴とする車両用内燃機関の制御装置。 - 前記設定時間は、機関の吸気負圧に応じて設定されることを特徴とする請求項１に記載の車両用内燃機関の制御装置。
- 前記機関の再始動時は、前記電動機による機関の再始動が完了するまでスロットル弁の開度を、前記機関の再始動に必要な空気量を機関に供給する開度に保持し、再始動完了後アクセル操作量に応じた開度に徐々に近づける制御を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用内燃機関の制御装置。
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