JP4581461B2 - 内燃機関の発電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の発電量制御に関し、特に、アイドルストップ機能を備える車両の発電量制御に関する。

車両に搭載される電装品によって消費される電力は、エンジン出力によって駆動される発電機および充放電可能なバッテリによって供給される。バッテリの充電量は、発電機の作動制御によって充電される。なお、消費電力が発電機の発電電力を上回る場合にはバッテリは放電し、逆の場合には充電するよう制御される。

停車中等に所定の条件を満たした場合にエンジンを停止するアイドルストップ車両においては、アイドルストップ解除後のエンジン再始動に必要な電力を確保するために、バッテリ充電量を多めに、つまり発電量を多くするよう制御することが望ましい。

しかし、加速性能や燃費を向上させるためには、発電機を駆動することによるエンジン出力の損失を低減するために発電量を必要最低限に抑えることが望ましい。

上記のように、再始動用の電力確保とエンジン負荷の低減とは、相反する要求である。

特許文献１には、停車中等に所定の条件が満たされた場合にエンジンの自動停止・再始動を行う機能（アイドルストップ機能）を備える車両において、消費電力を検出する手段を設けて、加速時であって消費電力が少ない場合には、発電機の発電を停止するシステムが開示されている。
特開２００１−１７３４８１号

しかしながら、特許文献１に記載のシステムでは、発電機の作動は必要最小限に抑えるよう制御されており、アイドルストップ中にエアコン等の使用によってバッテリ充電量が減少した場合には、再始動に必要な電力を確保するために、エンジンを始動して発電を行う必要がある。また、車両停止時であっても、バッテリ充電量不足によりアイドルストップを行えない状況が発生し得る。

つまり、引用文献１に記載のシステムでは、再始動用の電力確保とエンジン負荷の低減を両立することができない。

そこで、本発明では再始動用の電力を確保してアイドルストップを確実に行い、かつ、走行時のエンジンの負荷を低減して燃費や出力の向上を図るシステムとすることを目的とする。

本発明の発電制御装置は、運転条件に応じてエンジンの自動停止・再始動を行うアイドルストップ車両において、前記エンジンに駆動されることにより発電し、発電した電力をバッテリ及び車載電気機器に供給する発電機と、前記発電機の発電電圧を制御する発電電圧制御手段と、前記発電機の発電電圧を検出する電圧検出手段と、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、前記走行状態検出手段の検出値からアイドルストップを行う頻度が低い走行状態であると判断される場合に、前記発電機の発電電圧を、アイドルストップを行う頻度が高い走行状態よりも低下させる発電電圧低下手段と、を備え、
前記アイドルストップを行う頻度の判断は、カーナビゲーションシステムの情報に基づいて行い、この先の走行ルートが渋滞していない場合にはアイドルストップを行う頻度は低いと判断するか、または、前記走行状態検出手段によって検出される車速に基づいて行い、所定車速での走行が所定時間継続した場合にはアイドルストップを行う頻度が低いと判断するか、前記走行状態検出手段によって検出される自動変速機の変速パターンに基づいて行い、加速重視の変速パターンが選択されている場合にはアイドルストップを行う頻度が低いと判断するか、カーナビゲーションシステムの情報に基づいて行い、高速道路を走行していると判断した場合にはアイドルストップを行う頻度は低いと判断する。

本発明によれば、アイドルストップを行う頻度が高い場合には発電電圧を高めに設定してバッテリへの充電を確実に行い、アイドルストップからの再始動用の電力を確保し、アイドルストップを行う可能性が低い場合には発電電圧を低下させてエンジンへの負荷を低減させるので、アイドルストップからの再始動用の電力確保と走行時のエンジン負荷の低減を両立することができる。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態を適用するアイドルストップ車両のエンジン始動・停止システムの構成を表す図である。

１はエンジン、２はエンジン１のクランクシャフトの回転により駆動されて発電を行う発電機、３は車載電装品の駆動源であるバッテリ、５はスロットル開度センサ、アクセル開度センサ、車速センサ、発電機の電圧を検出するセンサ等を含む車両の走行状態を検出するためのモジュール（以下、エンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）という）、４はＥＣＭ５からの信号に基づいて車両の各種制御を行うトータルコントロールユニット（ＴＣＵ）である。

発電機２はエンジン１のクランクシャフト１２の端部に設けられたクランクプーリー７と発電機２の回転シャフト１３に設けたプーリー８とに掛けまわしたベルト１４によって伝達されるエンジン１の出力によって駆動される。また、クランクシャフト１２のクランクプーリー７と反対側の端部には外周部にリングギヤ１０が設けられたドライブプレート９が接続されている。エンジン１始動時には、スタータモータ６のシャフトに設けたピニオンギヤ１１がリングギヤ１０に突入して、エンジン１を強制的にクランキングさせる。

バッテリ３は、車両の消費電力が発電機２の発電電力を上回る場合には放電し、逆の場合には充電するようＴＣＵ４によって制御される。

上記のような構成の本実施形態の車両は、例えば、変速機が走行レンジの状態で車速がゼロｋｍ/ｈ、そしてバッテリ３の充電量（以下、バッテリＳＯＣという）がエンジン１再始動を行うのに十分である、といった条件が成立したときにはエンジン１を停止し、運転者がアクセルを踏み込む等した場合にはエンジン１を自動再始動する、いわゆるアイドルストップ装置を備える。

アイドルストップ中にもカーナビゲーションシステムやオーディオやエアコン等を作動させるとバッテリＳＯＣは低くなる。そこで、例えば渋滞路等のようにアイドルストップを頻繁に行う状況においては、アイドルストップ解除後の走行中に発電機２の発電電圧を例えば１４．４Ｖに高めるよう制御する。このような走行中の発電機２の発電電圧を高めに設定する制御が、第１の発電モードとしての発電電圧可変禁止制御（ＩＳ制御）である。

しかし、ＩＳ制御では発電機２を駆動するために用いられるエンジン１の出力が増大し、燃費が悪化する。そこで、燃費を向上させるために、例えば加速時などには発電電圧を低下させてエンジン１への負荷を低下させ、減速フューエルカット時に発電電圧を増大させて集中的に充電を行う、というように運転状況に応じて発電電圧を可変に制御する。この制御が、第２の発電モードとしての発電電圧可変許容制御（ＡＬＴ発電電圧制御）である。

ＴＣＵ４は、ＩＳ制御とＡＬＴ発電電圧制御とを車両の走行状況に応じて切換え、電力の確保と発電に用いられるエンジン出力の低減とを両立させるよう制御する。

次にＩＳ制御とＡＬＴ発電電圧制御の切換えについて図２、図３、図４を参照して説明する。

図２はＴＣＵ４が行うＩＳ制御とＡＬＴ発電電圧制御の切換え制御のフローチャートである。

図３は本実施形態で想定する走行状況と、その検出手段、条件および、各走行状況における発電機の発電状態を表すテーブルである。

想定される走行状況は、渋滞路、郊外路、高速路、その他の４つである。その他とは、運転者の意思や走行状態、外部環境等によりＩＳ制御が禁止される状況である。例えば、運転者がアイドルストップ禁止スイッチをＯＮにしている、エアコンが最大風量で作動中でコンプレッサを回転させるためにエンジン１にかかる負荷が大きい、変速機の変速パターンが加速重視のスポーツモードに設定され、高いエンジン出力が要求されている、外気温が極高または極低でエアコンの負荷が大きい、ＡＢＳが作動中でＡＢＳユニット用のポンプを駆動するための負荷が大きい、等といった状況である。

渋滞路、郊外路、高速路については、アイドルストップ後の経過時間、車速、バッテリＳＯＣ、により以下のように判断する。

渋滞路は、アイドルストップからの経過時間がゼロ〜５分で、車速はゼロ〜２０ｋｍ/ｈ、バッテリＳＯＣは８５％以下、という条件を満たした場合。

郊外路は、アイドルストップからの経過時間が５〜１０分で、車速は２０〜７０ｋｍ/ｈ、バッテリＳＯＣは８５〜９５％、という条件を満たした場合。

高速路は、アイドルストップからの経過時間が１０分以上で、車速は７０ｋｍ/ｈ以上、バッテリＳＯＣは９５％以上、という条件を満たした場合。なお、ＥＴＣシステムによって現在高速道路を走行中であるか否かを判断することも可能である。

上記の各走行状況における発電機の発電状態は、渋滞路ではＩＳ制御、高速路およびその他ではＡＬＴ発電電圧制御とする。郊外路では、その前の走行状況や予測される走行状況により、ＩＳ制御もしくはＡＬＴ制御のいずれかとなる。例えば、高速走行後に渋滞のない郊外路を走行する場合にはＡＬＴ制御となり、また、カーナビゲーションシステムの情報からこの先の走行ルートが渋滞していることがわかった場合等にはＩＳ制御となる。

図４はＩＳ制御とＡＬＴ発電電圧制御の切換えを行う条件の一例を表すテーブルである。

図４の条件１はＩＳ制御からＡＬＴ発電電圧制御へ移行する条件、条件２はＡＬＴ発電電圧制御からＩＳ制御へ移行する条件である。

具体的に、条件１はａ：アイドルストップ後のエンジン始動から１０分以上経過している、ｂ：車速２０ｋｍ/ｈ以上での走行が５分以上継続している、ｃ：車速７０ｋｍ/ｈ以上での走行が１分以上継続している、という項目のうち少なくとも１つに該当し、かつ、ｅ：バッテリＳＯＣが９５％以上である、という運転状況、もしくはバッテリＳＯＣが９５％以上、かつｆ：その他のＩＳ制御禁止条件が成立している、という運転状況のうちいずれか一方に該当することである。なお、ｆ：その他のＩＳ制御禁止条件が成立している場合とは、例えば、エアコンが最大風量で作動している場合、加速重視の変速パターンが選択されている場合等である。

条件２は、ｇ：アイドルストップを開始した、ｈ：車速がゼロｋｍ/ｈである、ｉ：バッテリＳＯＣが８５％以下である、という条件のうちいずれか一つに該当することである。つまり、バッテリＳＯＣが８５％以上であれば、渋滞路であっても車両が停止しない限りＡＬＴ発電電圧制御からＩＳ制御に切換わることはない。

以下、図２の各ステップにしたがって説明する。

ステップＳ１では条件２が成立しているか否かの判定を行う。成立している場合は後述するステップＳ４へ進む。成立していない場合にはステップＳ２に進む。

ステップＳ２では条件１が成立しているか否かの判定を行う。成立していない場合にはステップＳ３に進む。成立している場合にはステップＳ６に進む。

ステップＳ３ではフラグ（ＡＬＴ ＦＬＡＧ）がゼロであるか否かの判定を行う。なお、ＡＬＴ ＦＬＡＧはＩＳ制御実行時にはゼロ、ＡＬＴ発電電圧制御実行時には１とする。

ステップＳ３でＡＬＴ ＦＬＡＧがゼロの場合はステップＳ６に進み、ゼロでない場合にはステップＳ４に進む。

ステップＳ４ではＡＬＴ発電電圧制御を実行し、ステップＳ５でＡＬＴ ＦＬＡＧを１とする。

ステップＳ６ではＩＳ制御を実行し、ステップＳ７でＡＬＴ ＦＬＡＧをゼロとする。

上記のように、ＴＣＵ４はＩＳ制御からＡＬＴ発電電圧制御への切換え、およびその逆の切換えを実行する条件を設定し、成立した条件に応じて切換えを行う。なお、いずれの条件も成立しない場合には、現在行っている制御を継続する。

次に、図２のフローチャートにしたがって切換えを行った場合の、車速、バッテリＳＯＣ、アクセル開度、ＡＬＴ発電電圧（＝バッテリ電圧）の変化について、前記各値の変化の一例を示す図５のタイミングチャートを参照して説明する。

車速が低下してゼロｋｍ/ｈになり、アイドルストップを開始したときをｔ０とする。このとき、ＩＳ制御に切換えられる。

ｔ０からｔ1まではアクセル開度がゼロ％になっており、また、エンジン１は停止しているので発電機２の発電電圧もゼロＶである。したがって、バッテリＳＯＣは低下する。

ｔ１でアクセルペダルを踏み込むと、エンジン１は自動再始動し、発電機２は発電を開始するのでバッテリＳＯＣは上昇する。なお、ＩＳ制御中であるので、発電電圧は１４．４Ｖとなるよう制御される。また、走行再開後に車速が２０ｋｍ/ｈを超えたときにタイマーが作動して、２０ｋｍ/ｈ以上での走行時間をカウントする。走行時間が５分以上になればＡＬＴ発電電圧制御に切換わるが、ここでは５分以内のｔ２で車速がゼロｋｍ/ｈとなり、ｔ０からｔ１と同様の変化を繰り返す。

ｔ３で再びアクセルペダルが踏み込まれ、エンジン１が再始動し、発電機２が発電電圧１４．４Ｖで発電を開始する。ｔ４で車速が２０ｋｍ/ｈを超えると、タイマーによるカウントが開始される。なお、バッテリＳＯＣは発電機２により充電されるので上昇する。

そしてｔ５で、車速２０ｋｍ/ｈ以上の走行を５分以上継続、かつバッテリＳＯＣが９５％以上という条件１を満たすので、ＡＬＴ発電電圧制御に切換わり、エンジン出力の損失を低減するために発電電圧が１３Ｖに下げられる。

ｔ５でＡＬＴ発電電圧制御に切換えられた後、ｔ６まではアクセルオンでの走行を続け、ｔ６でアクセルをオフにして減速を開始する。アクセルオフでの減速中はエンジン１への燃料噴射が停止される、いわゆる減速フューエルカット状態となる。このとき、発電機２は発電電圧が高められて１４Ｖとなるよう制御される。これにより、発電機２を回転させるための負荷が増大してエンジン１への負荷が増大するので、エンジンブレーキの効果が向上する。

ｔ７〜ｔ８はアクセル開度小、ｔ８〜ｔ９はアクセル開度大で走行する。この間、発電電圧は１３Ｖのままであるので、ｔ８でアクセル開度を大きくした時にもエンジン１への負荷は小さく、発電のために使用されるエンジン出力は小さくなるので、加速性能が低下することを防止できる。

ｔ９ではアクセルオフにして減速を開始するので、ｔ６〜ｔ７と同様に発電電圧は１４Ｖに上昇する。

ｔ１０で車速がゼロｋｍ/ｈになると、バッテリＳＯＣは９５％以上であるので、アイドルストップを開始し、ＩＳ制御に移行する。ｔ１０以降はｔ０〜ｔ１０と同様の繰り返しである。

なお、バッテリＳＯＣはアイドルストップ状態が続いたときに８５％を下回ることがあるものの、それ以外では８５％以上となっている。

以上により、本実施形態では、車両の走行状況に応じて、例えば頻繁に車両が停止する渋滞路では、走行時の発電電圧を高め、車両の停止回数が少ない郊外路や高速路では、走行中の発電電圧を低下させ、減速フューエルカット時に発電電圧を高めて集中的にバッテリへの充電を行うよう発電機の発電電圧を制御することにより、高いバッテリＳＯＣを確保して停車時には確実にアイドルストップを実行し、かつ走行時には発電機駆動のために用いられるエンジン出力を低減させることができるので、アイドルストップによる燃費向上効果に加えて、発電電圧制御による燃費、走行性能の向上という効果も得られる。

具体的には、アイドルストップにより燃費は約１０％、発電電圧制御により約１％の燃費向上を図ることができる。

第２実施形態について説明する。

本実施形態は、システムの構成および制御フローは基本的に第１実施形態と同様であるが、走行状況の判定方法が異なる。

第１実施形態では走行状況の判定条件の一つとして車速を用いていたが、本実施形態では車速の代わりにカーナビゲーションシステムからの情報を用いる。具体的には、カーナビゲーションシステム情報によって、この先の道路状況が渋滞路、郊外路、高速路のいずれであるのかを判定する。

したがって、ＩＳ制御からＡＬＴ発電電圧制御への切換え条件１も、ｂ：車速２０ｋｍ/ｈ以上の走行を５分間継続、ｃ：車速７０ｋｍ/ｈ以上の走行を１分間継続という条件の代わりに、ｄ：カーナビゲーションシステム情報でこの先の道路が渋滞していないことが判明、という条件を用いる。これにより、車速を所定時間検出する必要がなくなり、カーナビゲーションシステム情報から道路状況が判明し次第切換えを行うことができる。

以上により、本実施形態でも第１実施形態と同様の効果を得ることができ、さらに、車速による判定を行うのに比べて、発電制御の切換えをより迅速に行うことが可能となる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

本発明は、アイドルストップを行う車両に適用することが可能である。

本実施形態のシステムの構成を表す図である。 本実施形態の制御フローチャートである。 走行状況別の発電機の制御状態を表す図である。 発電制御の切換え条件を表す図である。 本実施形態の制御を実行した場合のタイミングチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ 発電機
３ バッテリ
４ トータルコントロールユニット（ＴＣＵ）
５ エンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）
６ エンジン始動用モータ
９ ドライブプレート
１０ リングギヤ
１１ ピニオンギヤ

Claims (5)

1. 運転条件に応じてエンジンの自動停止・再始動を行うアイドルストップ車両において、
   前記エンジンに駆動されることにより発電し、発電した電力をバッテリ及び車載電気機器に供給する発電機と、
   前記発電機の発電電圧を制御する発電電圧制御手段と、
   前記発電機の発電電圧を検出する電圧検出手段と、
   車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、
   前記走行状態検出手段の検出値からアイドルストップを行う頻度が低い走行状態であると判断される場合に、前記発電機の発電電圧を、アイドルストップを行う頻度が高い走行状態よりも低下させる発電電圧低下手段と、を備え、
   前記アイドルストップを行う頻度の判断は、カーナビゲーションシステムの情報に基づいて行い、この先の走行ルートが渋滞していない場合にはアイドルストップを行う頻度は低いと判断する
   ことを特徴とする内燃機関の発電制御装置。
2. 運転条件に応じてエンジンの自動停止・再始動を行うアイドルストップ車両において、
   前記エンジンに駆動されることにより発電し、発電した電力をバッテリ及び車載電気機器に供給する発電機と、
   前記発電機の発電電圧を制御する発電電圧制御手段と、
   前記発電機の発電電圧を検出する電圧検出手段と、
   車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、
   前記走行状態検出手段の検出値からアイドルストップを行う頻度が低い走行状態であると判断される場合に、前記発電機の発電電圧を、アイドルストップを行う頻度が高い走行状態よりも低下させる発電電圧低下手段と、を備え、
   前記アイドルストップを行う頻度の判断は、前記走行状態検出手段によって検出される車速に基づいて行い、所定車速での走行が所定時間継続した場合にはアイドルストップを行う頻度が低いと判断する
   ことを特徴とする内燃機関の発電制御装置。
3. 前記所定速度および所定時間は、２０ｋｍ/ｈ以上での走行が略５分間継続、または７０ｋｍ/ｈ以上での走行が略１分間継続、のいずれか一方である請求項２に記載の内燃機関の発電制御装置。
4. 運転条件に応じてエンジンの自動停止・再始動を行うアイドルストップ車両において、
   前記エンジンに駆動されることにより発電し、発電した電力をバッテリ及び車載電気機器に供給する発電機と、
   前記発電機の発電電圧を制御する発電電圧制御手段と、
   前記発電機の発電電圧を検出する電圧検出手段と、
   車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、
   前記走行状態検出手段の検出値からアイドルストップを行う頻度が低い走行状態であると判断される場合に、前記発電機の発電電圧を、アイドルストップを行う頻度が高い走行状態よりも低下させる発電電圧低下手段と、を備え、
   前記アイドルストップを行う頻度の判断は、前記走行状態検出手段によって検出される自動変速機の変速パターンに基づいて行い、加速重視の変速パターンが選択されている場合にはアイドルストップを行う頻度が低いと判断する
   ことを特徴とする内燃機関の発電制御装置。
5. 運転条件に応じてエンジンの自動停止・再始動を行うアイドルストップ車両において、
   前記エンジンに駆動されることにより発電し、発電した電力をバッテリ及び車載電気機器に供給する発電機と、
   前記発電機の発電電圧を制御する発電電圧制御手段と、
   前記発電機の発電電圧を検出する電圧検出手段と、
   車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、
   前記走行状態検出手段の検出値からアイドルストップを行う頻度が低い走行状態であると判断される場合に、前記発電機の発電電圧を、アイドルストップを行う頻度が高い走行状態よりも低下させる発電電圧低下手段と、を備え、
   前記アイドルストップを行う頻度の判断は、カーナビゲーションシステムの情報に基づいて行い、高速道路を走行していると判断した場合にはアイドルストップを行う頻度は低いと判断する
   ことを特徴とする内燃機関の発電制御装置。
   

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