JP7218057B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される内燃機関の運転制御を司る制御装置に関する。

信号待ち等による車両の停車中に、内燃機関の気筒への燃料供給を停止してアイドル回転を停止させるアイドルストップを実行することが知られている。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、ブレーキペダルが踏み込まれており、車両が所在する路面の勾配が大きくなく、内燃機関の温度及び車載バッテリの電圧が十分に高い、等といった諸条件がおしなべて成立したときに、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。

近時では、車両の燃費性能の一層の向上を図るべく、アイドルストップ条件の一つである車速の条件を引き上げ、車両が停止するよりも先に内燃機関のアイドルストップを開始することが増えてきている（例えば、下記特許文献を参照）。

特開２０１７－２２６４１５号公報

車両が走行する路面上には、スピードブレーカ（または、スピードハンプ、スピードバンプ、スピードクッション、スピードテーブル）が設置されていることがある。スピードブレーカは、路面の一部を***させ、その上を通過する車両に上下の振動を発生させることによって車速の減速を促す構造物である。スピードブレーカは、特に日本国外においてしばしば見られる。

車両の停車前にアイドルストップを実行開始した場合において、エンジントルクが出力されない惰行中に車両がスピードブレーカに差し掛かると、推進力の不足により車両がこれを乗り越えることができず、車両が後退する方向に押し戻されるおそれがある。このような懸念から、日本国外で運用される車両については、車両の停車前にアイドルストップを実行することが難しいと考えられていた。

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、停車前アイドルストップを実行する機能を有する車両がスピードブレーカにより押し返されて後退することを適切に防止しようとするものである。

本発明では、所定のアイドルストップ条件が成立した場合に、車速が０でなく依然車両が走行しているとしても気筒への燃料供給を停止して内燃機関のアイドル回転を停止させる停車前アイドルストップを実行するものであって、停車前アイドルストップの実行開始後、車速が０若しくは０に近い所定の閾値以下となる前に、車両の加速度を検出する加速度センサ若しくは車輪の回転速度を検出する車輪速センサを介して車輪が路面上のスピードブレーカに接触したことを感知したときには、即時に気筒への燃料供給を再開し内燃機関を再始動する、及び／または、車両の前方の所定の距離の範囲内に存在する物体を検出するカメラ若しくはレーダを介して路面上のスピードブレーカを感知したときには、アイドルストップ条件の成立にかかわらず停車前アイドルストップを実行しない、内燃機関の制御装置を構成した。

本発明によれば、停車前アイドルストップを実行する機能を有する車両がスピードブレーカにより押し返されて後退することを適切に防止できる。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。 車両が走行する路面上に設けられるスピードブレーカを例示する側面図。 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。

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。内燃機関は、車両の駆動系を介して駆動輪に走行のための駆動力を供給する。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）を具備する。各気筒１の吸気バルブよりも上流、各気筒１に連なる吸気ポートの近傍には、吸気ポートに向けて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ことで生じる排気を各気筒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。

排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０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。ＥＣＵ０は、複数基のＥＣＵまたはコントローラが、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものであることがある。

ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の車輪の回転速度及び車両の実車速を検出する車輪速センサから出力される車輪速信号ａ、内燃機関の出力軸である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クランク角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、要求されるエンジントルクまたはエンジン負荷率）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、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサまたはマスタシリンダから吐出されるブレーキ作動液の圧力であるマスタシリンダ圧を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号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、車両の加速度または車両が所在している路面の勾配を検出する加速度センサから出力される加速度信号ｇ、車両の前方の所定の距離の範囲内に存在する物体を検出するカメラ（単眼カメラやステレオカメラ）またはレーダ（光波を用いるレーザレーダやミリ波レーダ、音波を用いる超音波レーダ（ソナー）、他）等のデバイスから出力される信号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、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ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、気筒１に充填される吸気量（または、新気量）に見合った要燃料噴射量、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、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲガス量）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を出力インタフェースを介して印加する。

ＥＣＵ０は、所定の燃料カット条件が成立したときに、インジェクタ１１から各気筒１への燃料噴射を一時的に休止する燃料カットを実行する。ＥＣＵ０は、少なくとも、アクセルペダルの踏込量が０若しくは０に近い閾値以下となり（アクセルペダルが踏まれていない）、かつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上あることを以て、燃料カット条件が成立したものと判断する。

燃料カットの開始後、後述するアイドルストップ条件が成立する前（即ち、アイドルストップを実行開始する前）に所定の燃料カット終了条件が成立したときには、燃料カットを終了することとし、燃料噴射及び着火燃焼を再開する。ＥＣＵ０は、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った（アクセルペダルが踏まれた）、エンジン回転数が燃料カット復帰回転数を下回るまで低下した、等のうち何れかを以て、燃料カット終了条件が成立したものと判断する。

並びに、ＥＣＵ０は、所定のアイドルストップ条件が成立したときに、インジェクタ１１から各気筒１への燃料噴射を停止して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行する。ＥＣＵ０は、ブレーキペダルの踏込量またはマスタシリンダ圧が閾値以上であり（ブレーキペダルが踏まれた）、内燃機関の冷却水温が所定以上に高く、車載のバッテリの端子電圧が所定以上に高く、車載の発電機の出力電圧が所定以下であり、エアコンディショナの冷媒圧縮用コンプレッサが稼働しておらず、シフトレンジが走行レンジであり、ボンネットや運転席のドアが開いておらず、方向指示器を点灯しておらず、ステアリングホイールに入力されている操舵トルクまたはステアリングホイールの操舵量若しくは操舵速度が所定以下であり、車両が所在している路面の勾配の絶対値が所定以下であり、ブレーキブースタが蓄えている負圧の大きさが所定値以上であり、前回のアイドルストップ終了からある車速（例えば、１０ｋｍ／ｈ）以上まで加速した経歴があり、かつ現在の車速がある車速以下である（例えば、車速が１３．５ｋｍ／ｈ以上から１３ｋｍ／ｈまで低下した、または９．５ｋｍ／ｈ以上から７ｋｍ／ｈまで低下した）、等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。

燃料カットの開始後、燃料カット終了条件が成立することなくアイドルストップ条件が成立した場合には、燃料噴射を再開することなく、燃料カット状態のままアイドルストップへと移行する。

アイドルストップ条件の成立後、所定のアイドルストップ終了条件が成立したときには、内燃機関を再始動する。ＥＣＵ０は、ブレーキペダルの踏込量またはマスタシリンダ圧が閾値未満となった（ブレーキペダルが踏まれなくなった）、逆に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増大した（ブレーキペダルがさらに強く踏み込まれた）、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った（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、等のうち何れかを以て、アイドルストップ終了条件が成立したものと判断する。

ＥＣＵ０は、内燃機関の始動（アイドルストップからの再始動のみならず、冷間始動も含む）時において、電動機（スタータ（セルモータ）またはモータジェネレータ）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駆動しながら、インジェクタ１１による燃料噴射及び点火プラグ１２による火花点火を実施す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、エンジン回転数が内燃機関の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。完爆判定値は、冷却水温が低いほど高く設定する。

既に延びたとおり、本実施形態のＥＣＵ０は、車速が０となって車両が停車するよりも前に気筒１への燃料供給を停止して内燃機関のアイドル回転を停止させる停車前アイドルストップを実行する機能を有している。一方、車両が走行する路面上には、スピードブレーカＢが設置されていることがある。図２に示すように、スピードブレーカＢは、路面の一部を路面から上方に７．５ｃｍないし１０ｃｍ程度***させたものであり、その上を通過する車両に上下の振動を発生させることによって車速の減速を促す構造物である。スピードブレーカＢは、特に日本国外においてしばしば見られる。

車両の停車前にアイドルストップを実行開始した場合において、内燃機関から駆動輪にエンジントルクを入力しない惰行中に車両がスピードブレーカＢに差し掛かると、推進力の不足により車両がこれを乗り越えることができず、車両が後退する方向に押し戻されるおそれがある。日本国外の運転者は、車間距離を日本の運転者よりも短く詰める傾向が強く、車両の急停止や後退は決して好ましくない。

そこで、図３に示すように、本実施形態のＥＣＵ０は、車両の停車前に（ステップＳ０）所定のアイドルストップ条件が成立した（ステップＳ１）としても、カメラまたはレーダを介して車両の前方の所定の距離の範囲内にスピードブレーカＢの存在を感知している（ステップＳ２）場合には、車両の停車前に気筒１への燃料供給を停止するアイドルストップを実行開始しない。尤も、車速が０となって車両が停車した後は、その限りではない。

翻って、車両の前方の所定の距離の範囲内にスピードブレーカＢの存在を感知していない場合には、アイドルストップを実行開始する（ステップＳ３）。

但し、アイドルストップを実行開始してから、車速が０若しくは０に近い所定の閾値以下となるまでの間（ステップＳ４）に、つまりは車両が停車するに至る前に、車輪速センサまたは加速度センサを介して車輪が路面上のスピードブレーカＢに接触したことを感知した（ステップＳ５）ときには、所定のアイドルストップ終了条件が成立していなくとも、可及的速やかに気筒１への燃料供給を再開して内燃機関を再始動する（ステップＳ７）。特に、未だ内燃機関の回転が停止しておらず、エンジン回転数がある程度以上高い状況にあるならば、電動機によるクランキングを行わずとも、インジェクタ１１からの燃料噴射及び点火プラグ１２による火花点火を再開することで速やかに内燃機関を再始動することが可能である。

アイドルストップ終了条件が成立した（ステップＳ６）ならば、内燃機関を再始動することは言うまでもない。

本実施形態では、所定のアイドルストップ条件が成立した場合に、車速が０でなく依然車両が走行しているとしても気筒１への燃料供給を停止して内燃機関のアイドル回転を停止させる停車前アイドルストップを実行するものであって、停車前アイドルストップの実行開始後、車速が０若しくは０に近い所定の閾値以下となる前に、車両の加速度を検出する加速度センサ若しくは車輪の回転速度を検出する車輪速センサを介して車輪が路面上のスピードブレーカＢに接触したことを感知したときには、即時に気筒１への燃料供給を再開し内燃機関を再始動する、及び、車両の前方の所定の距離の範囲内に存在する物体を検出するカメラ若しくはレーダを介して路面上のスピードブレーカＢを感知したときには、アイドルストップ条件の成立にかかわらず停車前アイドルストップを実行しない、内燃機関の制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、停車前アイドルストップを実行する機能を有する車両が、路面上に設けられたスピードブレーカＢにより押し返されて後退すること適切に防止できる。従って、停車前アイドルストップを実行する機会を安全的に増加させることができ、燃料消費量の削減、燃費性能の向上に資する。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、停車前アイドルストップの実行開始前に車両の前方の所定の距離の範囲内にスピードブレーカＢの存在を感知した場合には停車前アイドルストップを実行せず（ステップＳ２）、並びに、停車前アイドルストップの実行開始後に車輪がスピードブレーカＢに接触したことを感知した場合には即時に内燃機関を再始動する（ステップＳ４及びＳ５）こととしていたが、これらの双方を実施せず一方のみを実施する（ステップＳ２を削除する、またはステップＳ４及びステップＳ５を削除する）ようにしても構わない。

その他、各部の具体的な構成や処理の手順等は、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、車両に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
ａ…車輪速進号
ｂ…クランク角信号
ｃ…アクセル開度信号
ｅ…ブレーキ踏量信号
ｆ…冷却水温信号
ｇ…加速度信号
ｈ…カメラ若しくはレーダの信号
ｉ…点火信号
ｊ…燃料噴射信号
ｏ…クランキング用の電動機の制御信号

Claims (1)

1. 所定のアイドルストップ条件が成立した場合に、車速が０でなく依然車両が走行しているとしても気筒への燃料供給を停止して内燃機関のアイドル回転を停止させる停車前アイドルストップを実行するものであって、
   停車前アイドルストップの実行開始後、車速が０若しくは０に近い所定の閾値以下となる前に、車両の加速度を検出する加速度センサ若しくは車輪の回転速度を検出する車輪速センサを介して車輪が路面上のスピードブレーカに接触したことを感知したときには、即時に気筒への燃料供給を再開し内燃機関を再始動する、
   または、車両の前方の所定の距離の範囲内に存在する物体を検出するカメラ若しくはレーダを介して路面上のスピードブレーカを感知したときには、アイドルストップ条件の成立にかかわらず停車前アイドルストップを実行しない、内燃機関の制御装置。

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