JP5107333B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、運転中に車両用エンジンを駆動する必要がないときには自動的に停止させることができる一方、運転者による再加速要求があった場合には速やかに車両用エンジンを再始動させることができる内燃機関の制御装置に関するものである。

エンジンを動力源とする車両において、減速時などのような運転者がアクセルを踏まず車両を駆動する意思がない運転状態では、自動変速機のトルクコンバータに設けられたクラッチを係合させ、エンジンと自動変速機を直結するとともにエンジンへの燃料供給を停止することにより、燃費を向上させるものが従来から公知である。

例えば、燃料カットで減速しエンジン回転数が下がってくると、アイドル回転数より高い所定回転数でクラッチを解放すると共に燃料の供給を再開させてアイドル制御に移行し、エンジンストールを防止するものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

このような従来技術よりもさらに燃費を向上させるものとして、運転者がアクセルを踏まない限り燃料供給を停止する一方、運転者がアクセルを踏んで再加速が必要なときにはクラッチを接続して燃料供給を再開するか、エンジン回転が停止している場合にはスタータによってエンジンを再始動し、車両駆動に寄与しないアイドル運転をできるだけ行わないようにする技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

また、ハイブリッド車両において、減速中燃料供給を停止しているときに、ブレーキの踏み込みが小さくなるとドライバーが加速する意思があると判定する。そして、クラッチを接続してエンジンと駆動系を連結し、駆動系の慣性トルクによりエンジンをクランキングするとともに燃料を供給してエンジンを再始動させる技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。

特開昭５８−１６６１６５号公報 特開平８−１８９３９５号公報 特開２００２−１４４９２１号公報

しかしながら、特許文献２に記載の方法を採用した場合には、減速中に一旦、クラッチ開放となるエンジン回転数以下になった後に再度アクセルが踏み込まれると、クラッチを接続した瞬間にショックが生じるおそれがあった。また、エンジン回転が停止している場合にはスタータを用いてエンジンを再始動させるため、減速中アクセル再度踏み込むたびにスタータの噛み合い音がするおそれがあった。

また、特許文献３に記載の方法を採用した場合には、クラッチを直に接続して停止したエンジンを回転させるため、クラッチを接続した瞬間にショックが生じるおそれがあった。また、車速が低い場合には駆動側の回転が低く、クラッチを通じてエンジンを十分なクランキング回転数にまで上げることができない。そのため、モータを用いてクランキングしなければならず、余計な電力を消費するおそれがあった。

この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、エンジンを駆動する必要がないときには自動的に停止させるエンジンにおいて、運転者による再加速要求があった場合にはトルクショックが少なく、且つ静かにエンジンを再始動させる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

この発明に係る内燃機関の制御装置は、車両のエンジンと自動変速機との間に設けられたクラッチを制御する内燃機関の制御装置において、アクセルの踏み込み量を検出するアクセル開度検出手段と、上記アクセルが踏み込まれていないときは上記エンジンへの燃料噴射を停止する燃料カット手段と、上記クラッチによる動力伝達量を直結から解除まで任意に変更できるクラッチ直結率制御手段と、を備え、燃料カット中で且つ上記クラッチが解除されているときに上記アクセルが踏み込まれた場合に、上記車両の車速が上記エンジンを回転させることのできる所定値以上である場合には、上記クラッチをすべらせながら、上記車両の車軸と上記エンジンとを接続して、エンジン回転数を目標クランキング回転数になるまで上げた後、燃料供給を再開して上記エンジンを再始動させ、上記車速が、上記所定値よりも小さい場合には、上記エンジンの始動を補助するスタータにより上記エンジンを再始動させる。

この発明に係る内燃機関の制御装置は、燃料カット中でロックアップ解除後に運転者がアクセルを踏んで再加速を要求した場合に、エンジン回転数がクランキング回転数以上となるようにすべらせながらロックアップクラッチを接続しつつ、燃料噴射を開始してエンジンを再始動するようにしたので、ショックが少なく、またスタータ噛み合いによる異音もなくエンジンを再始動させることができるという効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係るエンジンと変速機の制御装置を備えている車両のシステム構成を示したものである。 この発明に係る内燃機関の制御装置で実行されるエンジン自動停止始動制御ルーチンのフローチャートである。 アクセルが一旦離された後に再度アクセルが踏み込まれたときの制御挙動を示すタイムチャートである。

以下、本発明の内燃機関の制御装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るエンジンと変速機の制御装置を備えている車両のシステム構成を示したものである。
この発明に係る車両のシステムは、図１に示すように、エンジン本体１、吸気系５、スタータ１０、リングギア９、自動変速機２７、車軸１５、駆動輪１６、クランク角センサ４、アクセル開度検出装置２０、コントローラ２１、および自動変速機用油圧回路１９を備える。
エンジン本体１の図示しない吸気バルブおよび排気バルブの上に、吸気カムシャフト１８および排気カムシャフト１７が設けられている。そして、吸気カムシャフト１８および排気カムシャフト１７は、クランクプーリ７と図示しないベルトで連結されており、エンジン本体１の回転と同期して吸気カムシャフト１８および排気カムシャフト１７が回り吸気バルブおよび排気バルブが開閉する。
吸気カムシャフト１８は、吸気カムタイミングコントローラ８が取付けられ、吸気カムタイミングコントローラ８は、コントローラ２１からの駆動信号により内部の電気モータが回転してエンジンの回転と吸気カムシャフト１８の回転の間に位相差を作り出し、吸気バルブの開閉タイミングを変更する。

また、エンジン本体１には、点火装置２とインジェクター３が各気筒に装着されている。そして、点火装置２は、イグナイター内蔵の点火コイルであり、点火コイルの先には点火プラグが装着されており、コントローラ２１からの点火信号により各気筒の点火時期をコントロールすることができる。
インジェクター３は、コントローラ２１からの駆動パルス幅に応じて各気筒の燃料噴射量を調整して燃料を噴射する。

吸気系５は、図示しないインテークマニホールドやサージタンクを含み、吸気系５の途中には電子制御スロットル６が取付けられ、電子制御スロットル６は、コントローラ２１の駆動信号によりスロットル開度を操作して、エンジン出力をコントロールする。

スタータ１０は、コントローラ２１の駆動信号に従ってエンジン本体１の始動を補助する。
リングギア９は、エンジン本体１の始動の際にスタータ１０とエンジン本体１とを連結する。

自動変速機２７は、エンジン本体１からの動力を受け入れる部分にポンプとタービンが対向している流体式のトルクコンバータ１２と、それに続いて複数の歯車列や油圧クラッチ等からなる変速機１３と、終段減速機１４と、高速の定常走行状態等においてトルクコンバータ１２の流体による動力損失が少なくなるようにエンジン本体１の動力を機械的に伝達するロックアップクラッチ１１と、が設けられている。

コントローラ２１は、エンジン本体１および自動変速機２７を制御する。コントローラ２１は、ＣＰＵ２２と、ＣＰＵ２２にバス２８で接続されたＲＯＭ２４と、ＲＡＭ２５、アクチュエータ類を駆動するための駆動回路２３と、入出力インターフェース２６と、を備えている。
ＲＯＭ２４には予めエンジン本体１および自動変速機２７を制御するためのプログラムが記憶されており、そのプログラムの命令に従って、各種センサ入力値に基づいて各種アクチュエータ操作量を演算し、駆動回路２３を介して各種アクチュエータを駆動させて、所望の動作を得ることができる。

コントローラ２１は、アクセル開度検出装置２０から検出されるアクセル踏み込み量やエンジン回転数などに基づいて、適切な操作量を演算してスロットル開度や吸気バルブタイミングを制御している。
また、コントローラ２１は、クランク角センサ４から検出されるエンジン回転数や電子制御スロットル６上流に取り付けられた図示しないエアフローセンサから検出される吸入空気量などに基づいて適切な操作量を演算して燃料噴射量や点火時期を求め、それにより点火装置２やインジェクター３を制御している。

また、コントローラ２１は自動変速機用油圧回路１９を介して、変速比やロックアップクラッチ１１の直結率を制御する。
自動変速機用油圧回路１９は、油圧を発生する図示しない油圧ポンプと、油圧を制御するための図示しないソレノイドバルブからなる。
なお、コントローラ２１からの制御信号は各気筒の点火装置２やインジェクター３のそれぞれに接続され、各気筒別に制御することができる。図１では代表気筒のみ接続を表示している。

自動変速機２７の終段減速機１４に車軸１５が連結され、車軸１５には車両の駆動輪１６が連結されている。

次に、この発明に係る内燃機関の制御装置の動作を図２のフローチャートを参照して説明する。
図２は、この発明に係る内燃機関の制御装置で実行されるエンジン自動停止始動制御ルーチンのフローチャートである。
このエンジン自動停止始動制御ルーチンはエンジン本体１の燃料噴射量、点火時期や空気量などを制御するためのエンジン制御メインルーチンの一部に組み込まれ、一定時間ごとに実行されるものである。

ステップＳ１０１では、アクセルが踏まれていない（アクセルＯＦＦ）か否かを判定する。運転者がアクセルから足を離してアクセル開度がゼロであれば、運転者は惰性走行を意図するものとして、ステップＳ１０２へ進み、アクセルが踏まれているときにはステップＳ１１０に進む。
ステップＳ１０２では、エンジン回転数からロックアップを直結するか解除するかを判定する。すなわち、エンジン回転数がロックアップ回転数Ｎ_ＬＫ以上であればステップＳ１０３へ進み、エンジン回転数がロックアップ回転数Ｎ_ＬＫ未満であればステップＳ１０５へ進む。なお、ロックアップ回転数Ｎ_ＬＫは燃料カットから復帰してアイドルへ移行可能なエンジン回転数であり、アイドル回転数よりも少し高めに設定される。
ステップＳ１０３では、ロックアップクラッチ１１を制御してエンジン本体１を自動変速機２７に直結する。
ステップＳ１０４では、エンジン本体１が車両から回される状態で燃料供給を停止してエンジン自動停止始動制御ルーチンから抜ける。

ステップＳ１０５では、ロックアップクラッチ１１を制御してエンジン本体１を自動変速機２７から連結を解除する。
ステップＳ１０６では、アイドル制御を実行するかどうかを判定する。例えば、エアコンやオルタネータなどの補機を駆動させる要求がある場合は、車両が停止してもアイドルを維持するためにステップＳ１０７に進み、アイドル制御を実行する要求がないときにはステップＳ１０９に進む。
ステップＳ１０７では、燃料供給を再開する。
ステップＳ１０８では、通常のアイドル制御を実行してエンジン自動停止始動制御ルーチンから抜ける。アイドル制御では予め設定された目標エンジン回転数になるようにスロットル開度をＦ／Ｂ制御している。

ステップＳ１０９では、燃料供給停止を続けエンジン自動停止始動制御ルーチンから抜ける。燃料供給停止を続けるので、エンジン回転が停止した後、車両も停止する。

ステップＳ１１０では、エンジン回転数に基づきロックアップを直結するか解除するか判定を行う。すなわち、エンジン回転数がロックアップ回転数Ｎ_ＬＫ以上であればステップＳ１１１に進み、エンジン回転数がロックアップ回転数Ｎ_ＬＫ未満であればステップＳ１１３に進む。
ステップＳ１１１では、ロックアップクラッチ１１を制御してエンジン本体１を自動変速機２７に直結する。
ステップＳ１１２では、燃料供給を再開していわゆる燃料カット復帰を果たしてエンジン自動停止始動制御ルーチンから抜ける。

しかし、もしエンジン回転数がロックアップ回転数Ｎ_ＬＫより低い場合には、エンジンがすでに停止している場合もあるし、またエンジン回転数が低くて燃料供給を再開してもエンストに至るおそれがあるため、エンジンを外部より強制的に回転させて、再始動する必要がある。
そこで、ステップＳ１１３では、車両がエンジンを回転させるだけの運動エネルギーが残っているかを確かめるために、車速が所定値以下であるかどうかを判定する。もし車速が所定値以下の場合、ステップＳ１１４に進み、車速が所定値を超えている場合、ステップＳ１１６に進む。
ステップＳ１１４では、車両がエンジンを回転させるだけの運動エネルギーが残っていないと判定しスタータを駆動する。
ステップＳ１１５では、燃料噴射を行いエンジンを再始動させてエンジン自動停止始動制御ルーチンから抜ける。このときはほぼエンジン回転が停止している状態である。

ステップＳ１１６では、車速が所定値以上でエンジンを回転させるだけの運動エネルギーが残っていると判定し、吸気閉弁時期を最遅角に制御する。そうすれば、クランキングに必要なトルクを小さくでき、クラッチをすべり直結したときのトルクショックを低減することができる。また、クランキングに必要なトルクが小さくなるのでクラッチによりクランキングできる車速の範囲を広くすることができる。
ステップＳ１１７では、自動変速機をシフトダウンする。ロックアップ機構のような摩擦クラッチは高回転側から低回転側へしかトルクを伝達することができないので、目標クランキング回転数Ｎｃｒよりも変速機側の回転数を高くする必要があり、目標クランキング回転数Ｎｃｒよりもトルクコンバータのタービン回転数が高くなるように、車速が低くなるほど変速比を大きく設定する。そうすれば、確実にタービン側（車両側）からエンジン側へトルクが伝達されて、エンジンを回すことができる。

ステップＳ１１８では、クラッチを滑らせながら繋いで、エンジン回転数が目標クランキング回転数Ｎｃｒ以上となるようにロックアップクラッチ１１の直結率を制御する。ロックアップクラッチ１１からは正トルクしか伝達することができないため、エンジン回転数が目標クランキング回転数Ｎｃｒを下回ったときのみロックアップクラッチ１１を接続してトルクを伝達し、エンジン本体１を強制駆動する。ロックアップクラッチ１１を滑らせて使うので、エンジンをクランキングさせるときに発生する減速ショックを低減することができる。

ステップＳ１１９では、エンジンが回されると同時に燃料噴射を開始して、エンジンを再始動させる。なお、ここではアクセルの再踏み込みをドライバーの再加速要求ととらえて、エンジンを再始動させたが、ブレーキの踏み込みが弱くなったことを検出してエンジンを再始動させてもかまわない。

図３を用いて、ロックアップクラッチが解除された後にアクセルが踏まれたときの制御挙動を説明する。図３は、アクセルが一旦離された後に再度アクセルが踏み込まれたときの制御挙動を示すタイムチャートである。
まず、時間（ａ）において、運転者がアクセルを離すと、アクセル開度がゼロになるので、燃料カットが実施される。エンジン本体１と自動変速機２７はロックアップクラッチ１１で直結されているので、減速とともにタービン回転数とエンジン回転数が低下していく。

時間（ｂ）において、エンジン回転数がロックアップ回転数よりも低くなるとロックアップクラッチ１１を解除するので、燃料供給が停止されたままのエンジン本体１は惰性で回転しながら回転数が落ちていく。
そのとき時間（ｃ）において、運転者が再加速するためにアクセルを踏み込んだ場合、エンジンを再始動させるための準備として、まず吸気閉弁時期を最遅角に制御する。そして自動変速機２７をシフトダウンしタービン回転数を持ち上げる。それから、ロックアップクラッチ１１をスリップ直結させて、エンジン回転数を目標クランキング回転数になるまで上げてやると同時に、燃料噴射を開始してエンジンを再始動させる。再始動が完了すると、運転者のアクセル踏み込みに合わせてスロットル開度が制御されるので、車両がスムーズに加速していく。

このように、燃料カット中でロックアップ解除後に運転者がアクセルを踏んで再加速を要求した場合に、エンジン回転数がクランキング回転数以上となるようにすべらせながらロックアップクラッチ１１を接続しつつ、燃料噴射を開始してエンジンを再始動するようにしたので、ショックが少なく、またスタータ噛み合いによる異音もなくエンジンを再始動させることができる。

また、自動変速機２７をシフトダウンして変速機回転数を上昇させるようにしたので、車速が低い場合でも変速機回転数をエンジン回転数よりも高く保つことができ、確実にエンジン回転数をクランキング回転数まで上昇させることができる。

また、吸気バルブの閉弁時期を最遅角に制御したので、クランキングトルクが減少してロックアップクラッチ１１をすべり直結したときのトルクショックを低減することができ、またクランキングに必要なトルクが小さくなるので、ロックアップクラッチ１１によりクランキングできる車速の範囲を広くすることができる。
また、再始動後におけるエンジントルクが小さいため、車両が急に前に押し出されるようなショックもなく、スムーズな再加速をすることができる。

１ エンジン本体、２ 点火装置、３ インジェクター、４ クランク角センサ、５ 吸気系、６ 電子制御スロットル、７ クランクプーリ、８ 吸気カムタイミングコントローラ、９ リングギア、１０ スタータ、１１ ロックアップクラッチ、１２ トルクコンバータ、１３ 変速機、１４ 終段減速機、１５ 車軸、１６ 駆動輪、１７ 排気カムシャフト、１８ 吸気カムシャフト、１９ 自動変速機用油圧回路、２０ アクセル開度検出装置、２１ コントローラ、２２ ＣＰＵ、２３ 駆動回路、２４ ＲＯＭ、２５ ＲＡＭ、２６ 入出力インターフェース、２７ 自動変速機、２８ バス。

Claims (3)

1. 車両のエンジンと自動変速機との間に設けられたクラッチを制御する内燃機関の制御装置において、
   アクセルの踏み込み量を検出するアクセル開度検出手段と、
   上記アクセルが踏み込まれていないときは上記エンジンへの燃料噴射を停止する燃料カット手段と、
   上記クラッチによる動力伝達量を直結から解除まで任意に変更できるクラッチ直結率制御手段と、
   を備え、
   燃料カット中で且つ上記クラッチが解除されているときに上記アクセルが踏み込まれた場合に、
   上記車両の車速が上記エンジンを回転させることのできる所定値以上である場合には、上記クラッチをすべらせながら、上記車両の車軸と上記エンジンとを接続して、エンジン回転数を目標クランキング回転数になるまで上げた後、燃料供給を再開して上記エンジンを再始動させ、
   上記車速が上記所定値よりも小さい場合には、上記エンジンの始動を補助するスタータにより上記エンジンを再始動させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 上記自動変速機の変速比を変更する変速比制御手段を備え、
   燃料カット中で且つ上記クラッチが解除されているときに上記アクセルが踏み込まれた場合、上記自動変速機をシフトダウンして変速機側回転数を上げる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。
3. 吸気バルブの開閉タイミングを制御する吸気バルブタイミング制御手段を備え、
   燃料カット中で且つ上記クラッチが解除されているときに上記アクセルが踏み込まれた場合、上記吸気バルブの閉弁時期を遅角することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。

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