JP7501678B2 - 車両用内燃機関の発電負荷低減方法および発電負荷低減装置 - Google Patents

Description

この発明は、変速機が非走行シフト位置から走行シフト位置に切り換えられたときの内燃機関のストールを抑制するために発電機による発電を一時的に停止する車両用内燃機関の発電負荷低減方法および発電負荷低減装置に関する。

例えば、特許文献１には、車両発進のために変速機が非走行シフト位置から走行シフト位置に切り換えられたときの内燃機関のストールを抑制するために、シフト位置の切換後、所定時間の間、オルタネータの発電動作を停止する技術が開示されている。すなわち、発電停止によって内燃機関の負荷の低減を図っている。

このように発電を一時的に停止する場合、発電停止中に必要な電力は全てバッテリが供給するので、クランキング直後のようなバッテリのＳＯＣ（State of Charge）が低い条件下では、発電停止の期間はできるだけ短い期間とすることが望ましい。しかしながら、変速機が非走行シフト位置から走行シフト位置に切り換えられたときに、変速機側からの作用による内燃機関の回転速度低下は、実際にはシフト位置切換から遅れて生じるので、特許文献１の方法では、必ずしも最適なタイミングで発電負荷の低減がなされず、最小限の発電停止による効果的な耐ストール性の向上を達成できない。

特開平６－１１５３７５号公報

この発明の一つの態様では、内燃機関がトルクコンバータを介して変速機に接続されてなる構成において、上記変速機が非走行シフト位置から走行シフト位置に切り換えられた後、機関回転速度と変速機入力回転速度との速度差が所定速度差以上となったときに、上記発電機による発電を停止する。

非走行シフト位置では、トルクコンバータの入力側と出力側とが作動油の粘性により一体に回転しようとし、トルクコンバータの入力側となる機関回転速度とトルクコンバータの出力側となる変速機入力回転速度との速度差は小さい。非走行シフト位置から走行シフト位置に切り換えられた後、実際に変速機を含む動力伝達経路の抵抗によりトルクコンバータの出力側に負荷が作用すると、トルクコンバータの入力側となる内燃機関の回転速度が低下するとともに、機関回転速度と変速機入力回転速度との速度差が増大する。この機関回転速度と変速機入力回転速度との速度差の増大は、変速機側から内燃機関に及ぼす負荷変化を的確に示している。従って、上記速度差が所定速度差以上となったときに発電を停止することで、適切なタイミングで発電負荷が低減する。

この発明の他の態様では、上記変速機が非走行シフト位置から走行シフト位置に切り換えられた後、変速機入力回転速度が所定値以下となったときに、上記発電機による発電を停止する。非走行シフト位置から走行シフト位置に切り換えられた後、変速機を含む動力伝達経路が実際に動力伝達状態に近付くと、トルクコンバータの出力側となる変速機入力回転速度が低下する。この変速機入力回転速度の低下は、やはり、変速機側から内燃機関に及ぼす負荷変化を示すこととなる。従って、変速機入力回転速度が所定値以下となったときに発電を停止することで、適切なタイミングで発電負荷が低減する。

この発明の一実施例の構成を概略的に示す構成説明図。 一実施例の発電負荷低減制御の処理の流れを示すフローチャート。 一実施例の機関回転速度等の変化を示すタイムチャート。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、一実施例のシステム構成の概略を示す構成説明図である。一実施例の車両は、走行駆動源となる内燃機関１がトルクコンバータ３を介して変速機２に接続されており、これらトルクコンバータ３および変速機２を介して駆動輪４を駆動している。内燃機関１は、ガソリン機関およびディーゼル機関のいずれであってもよいが、一実施例ではガソリン機関つまり火花点火式内燃機関からなる。

上記トルクコンバータ３は、入力要素としてのポンプインペラ３ａと出力要素としてのタービン３ｂとの間で作動油によるトルク伝達を行う。なお、両者間に図示せぬロックアップクラッチを備えていてもよい。

変速機２は、この実施例では、ベルト式の無段変速機構（バリエータ）５と前後進切換機構とを含む。無段変速機構５は、駆動側となるプライマリプーリと従動側となるセカンダリプーリと両者間に巻き掛けられた金属製ベルトとを備えるものであって、プーリ幅を変化させることで無段階に変速がなされる。プライマリプーリの回転軸となる入力軸は、クラッチ６を含む遊星歯車機構を用いた前後進切換機構を介してトルクコンバータ３のタービン３ｂに接続されている。この実施例では、クラッチ６の入力軸が変速機入力軸２ａに相当する。また、上記セカンダリプーリの回転軸となる変速機出力軸２ｂは、ファイナルギア７および図示しないディファレンシャルギアを介して、駆動輪４へ動力を伝達している。

無段変速機構５の変速比は、主にアクセルペダル開度と車速とに基づき、変速機コントローラ（ＴＭＣＵ）１１によって制御される。クラッチ６を含む前後進切換機構は、同様に変速機コントローラ１１によって制御される。クラッチ６は、変速機２のシフトレバーがＰ（パーキング）レンジやＮ（ニュートラル）レンジ等の非走行シフト位置にあるときに解放されて動力伝達を遮断し、シフトレバーがＤ（ドライブ）レンジやＲ（リバース）レンジ等の走行シフト位置にあるときに締結されて動力伝達を行うものである。クラッチ６は、実際には前後進切換機構の中で前進時に締結されるフォワードクラッチや後進時に締結されるリバースブレーキ等として構成される油圧締結部材であり、図１では、このようにシフト位置に応じて解放・締結が切り換えられる油圧締結部材をクラッチ６として代表的に表している。

なお、変速機２としては有段自動変速機であってもよく、この場合は、各変速段を構成する油圧締結部材のいずれかがクラッチ６に相当するものとなる。

内燃機関１の燃料噴射や点火等は、エンジンコントローラ（ＥＣＭ）１２によって制御される。エンジンコントローラ１２と変速機コントローラ１１とは、ＣＡＮ通信等の車内ネットワーク１３を介して接続されており、互いに必要な信号の送受信を行っている。

これらのコントローラ１１，１２には、種々のセンサやスイッチ等が接続されている。後述する実施例の制御に必要なセンサ類のみを挙げると、内燃機関１の回転速度Ｎｅを検出するエンジン回転速度センサ２１、変速機入力軸２ａの回転速度つまり変速機入力回転速度Ｎｔｍｉｎを検出する変速機入力回転速度センサ２２、変速機出力軸２ｂの回転速度つまり変速機出力回転速度Ｎｔｍｏｕｔを検出する変速機出力回転速度センサ２３、運転者によって操作される変速機２のシフトレバーの位置（Ｐ・Ｒ・Ｎ・Ｄ等）を検出するシフトポジションセンサ２４、変速機２の潤滑油温Ｔｔｍを検出する変速機油温センサ２５、を少なくとも備えている。なお、コントロールユニット１１，１２には、内燃機関１や変速機２の種々の制御のために上記のもの以外にも多数のセンサ類の検出信号が入力されているが、これらは図示省略する。

内燃機関１は、内燃機関１自身や車両内の他の電装品に必要な電力を生成するために、発電機例えばオルタネータ１５を備えている。このオルタネータ１５は、例えばベルト機構を介して内燃機関１の出力によって常時回転駆動される。オルタネータ１５で生成された電力は、図示しないバッテリに蓄えられる。一実施例においては、いわゆる１２Ｖバッテリが用いられており、対応した定格のオルタネータ１５を内燃機関１が備えている。なお、４８Ｖ等の他の規格のバッテリおよびオルタネータであってもよい。

オルタネータ１５は、バッテリが過充電とならないようにバッテリのＳＯＣ等に応じて電流を制御する図示しない充電コントローラ（レギュレータ）を備えている。そして、この充電コントローラは、エンジンコントローラ１２からの制御信号によって発電負荷低減のために一時的に発電を停止する機能を備えている。例えば、バッテリ電圧がある許容下限値以上であるときにロータコイルへの通電を遮断することで発電を停止する。この発電停止によりオルタネータ１５を駆動するために必要な内燃機関１の負荷つまり発電負荷が低減する。この停止方法の場合、バッテリの劣化や消費電力との関係でバッテリ電圧が許容下限値を下回れば、発電停止が指示されていても発電が行われる。なお、本発明において、発電停止の具体的な方法はいかなる方法であってもよい。

本実施例では、寒冷地において冷間始動後に変速機２を非走行シフト位置（例えばＰレンジ）から走行シフト位置（例えばＤレンジ）に切り換えたときに、内燃機関１のストール回避のために一時的な発電停止を行う。

図２は、この発電負荷低減制御の処理の流れを示すフローチャートであり、以下、これを説明する。なお、このフローチャートに示す処理は、例えば変速機コントローラ１１から必要な情報を受けつつエンジンコントローラ１２において繰り返し実行されるが、一部の処理を変速機コントローラ１１で行ってもよく、あるいは全てを変速機コントローラ１１側で行うようにしてもよい。

ステップ１では、非走行シフト位置にあるときの機関回転速度Ｎｅと変速機入力回転速度Ｎｔｍｉｎとの速度差ΔＮｉｎｉを求める。ＰレンジやＮレンジ等の非走行シフト位置においてはクラッチ６が解放されており、無段変速機構５や駆動輪４がトルクコンバータ３のタービン３ｂから切り離されている。そのため、車両が停止していても、基本的にはトルクコンバータ３の入力側（ポンプインペラ３ａ）と出力側（タービン３ｂ）とが一体に回転しようとするが、実際には温度に応じた粘性抵抗等によって出力側の回転速度が相対的に低くなる。そのため、機関回転速度Ｎｅと変速機入力回転速度Ｎｔｍｉｎとの間にある程度の大きさの速度差ΔＮｉｎｉが生じる。これは、シフトレバー位置の切換前の初期速度差であり、逐次更新される。

次にステップ２では、非走行シフト位置から走行シフト位置（Ｄレンジ、Ｒレンジ等）に切り換えられたかを繰り返し判定する。切換がなされていなければルーチンを終了する。走行シフト位置に切り換えられたと判定したらステップ３へ進み、変速機２の油温Ｔｔｍが所定油温Ｔｔｍ１以下であるか判定する。所定油温Ｔｔｍ１より高ければルーチンを終了する。所定油温Ｔｔｍ１は、油温に相関する粘性抵抗が内燃機関１のストールに影響するような比較的低い温度に設定される。従って、温暖地や暖機再始動後などで油温Ｔｔｍが所定油温Ｔｔｍ１よりも高い場合は発電停止は行わない。つまり発電停止が実行される状況をストールが生じやすい必要最小限の範囲に限定し、バッテリの劣化等を抑制する。

所定油温Ｔｔｍ１以下であればステップ４へ進み、変速機出力回転速度Ｎｔｍｏｕｔが所定回転速度Ｎｔｍｏｕｔ１以下であるかを判定する。所定回転速度Ｎｔｍｏｕｔ１より高ければルーチンを終了する。所定回転速度Ｎｔｍｏｕｔ１は、車両が実質的に停止しているとみなし得る回転速度に設定される。つまり、仮に走行中に非走行シフト位置から走行シフト位置に切り換えられたような場合には、発電停止は行わない。

所定回転速度Ｎｔｍｏｕｔ１以下であればステップ５へ進み、機関回転速度Ｎｅと変速機入力回転速度Ｎｔｍｉｎとの速度差ΔＮが所定の速度差ΔＮ１以上となったかを繰り返し判定する。ここで、速度差ΔＮ１は、ある一定値ΔＮ０に上述した初期速度差ΔＮｉｎｉを加えた値として設定される。

非走行シフト位置から走行シフト位置例えばＤレンジに切り換えられることで、前後進切換機構の中のクラッチ６の締結が開始される。クラッチ６は、解放状態からスリップ締結状態を経て完全締結状態へと移行するが、駆動輪４が停止していることから、このクラッチ６の締結の進行つまりトルク伝達容量の増加に伴い、タービン３ｂが徐々に拘束されることになり、結果として、ポンプインペラ３ａとタービン３ｂとの間の速度差ΔＮが増大する。同時に、タービン３ｂの回転速度低下に引きずられる形で内燃機関１の回転速度Ｎｅが低下する。つまり、ポンプインペラ３ａとタービン３ｂとの間の速度差ΔＮが所定の速度差ΔＮ１まで増大したことは、クラッチ６を介して変速機２側の負荷が内燃機関１へ作用し始めたこと、換言すればクラッチ６のトルク伝達容量があるレベルに到達したことを示している。

ステップ５でＮＯの場合は、さらにステップ６へ進み、変速機入力回転速度Ｎｔｍｉｎが第１の所定回転速度Ｎｔｍｉｎ１以下となったか判定する。上述したように、クラッチ６のトルク伝達容量の増加に伴い、タービン３ｂが徐々に拘束されることになり、変速機入力回転速度Ｎｔｍｉｎが低下していく。従って、変速機入力回転速度Ｎｔｍｉｎの低下は、上述したポンプインペラ３ａとタービン３ｂとの間の速度差ΔＮの増加と同様に、クラッチ６を介して変速機２側の負荷が内燃機関１へ作用し始めたことを示している。第１の所定回転速度Ｎｔｍｉｎ１は、変速機入力回転速度Ｎｔｍｉｎが当該所定回転速度Ｎｔｍｉｎ１となるタイミングが、ステップ５における機関回転速度Ｎｅと変速機入力回転速度Ｎｔｍｉｎとの速度差ΔＮが所定の速度差ΔＮ１以上となるタイミングと同程度となるように設定される。

ステップ５もしくはステップ６でＹＥＳであれば、ステップ７へ進み、上述した発電停止を実行する。これにより内燃機関１に作用する発電負荷が低減し、機関回転速度Ｎｅの低下に伴うストールが抑制される。

発電停止を開始した後は、ステップ８，９において発電停止を終了する条件の成否を判定する。ステップ８では、変速機入力回転速度Ｎｔｍｉｎが第２の所定回転速度Ｎｔｍｉｎ２以下となりかつこの状態が一定時間Δｔ１の間継続したかどうかを繰り返し判定する。ここでＹＥＳであれば、ステップ１０へ進み、発電停止を終了（つまり発電を再開）する。車両が停止している状態ではクラッチ６が完全締結に至ることで変速機入力回転速度Ｎｔｍｉｎは最終的には０となるが、回転速度低下の遅れ等を考慮して、０に達する前の第２の所定回転速度Ｎｔｍｉｎにおいてタービン３ｂの回転速度（つまり変速機入力回転速度Ｎｔｍｉｎ）が十分に低下したものとみなす。またオルタネータ１５の発電再開に伴う急激な負荷増加によるストールを抑制するために、一定時間Δｔ１待ってから発電停止を終了するようにしている。

ステップ８でＮＯの場合は、さらにステップ９へ進み、発電停止を開始してからの経過時間ｔｃｕｔが所定時間ｔｃｕｔ１以上となったか判定する。ＹＥＳであればステップ１０へ進み、発電停止を終了する。これにより、過度に長時間発電を行わないことによるバッテリの消耗ないし劣化が抑制される。

図３は、車両停止状態で冷機始動の後に、運転者がＰレンジからＤレンジへとシフトレバーを操作したときの発電負荷低減制御の動作を示したタイムチャートである。内燃機関１が始動したときにはＰレンジにあり、クラッチ６は解放状態である。またオルタネータ１５は、内燃機関１の運転開始と同時に発電を開始する。

クラッチ６が解放状態にあることから前述したようにトルクコンバータ３のタービン３ｂはポンプインペラ３ａに追従して回転しようとする。但し、粘性抵抗等によりタービン３ｂの方が相対的に低速回転となる。従って、機関回転速度Ｎｅと変速機入力回転速度Ｎｔｍｉｎとの間には初期速度差ΔＮｉｎｉが存在する。

図示例では時間ｔ１においてＰレンジからＤレンジへの切換がなされるが、変速機２のクラッチ６の動作には遅れがあり、時間ｔ２からスリップ締結状態となって徐々にトルク伝達容量が増加していく。そのため、時間ｔ２以降、変速機入力回転速度Ｎｔｍｉｎが徐々に低下していき、これに引きずられる形で機関回転速度Ｎｅも低下していく。そして、機関回転速度Ｎｅと変速機入力回転速度Ｎｔｍｉｎとの間の速度差ΔＮは徐々に拡大していく。

上記の速度差ΔＮが所定の速度差ΔＮ１以上となると、オルタネータ１５の発電停止が実行される（時間ｔ３）。前述したように、速度差ΔＮ１は、ある一定値ΔＮ０に初期速度差ΔＮｉｎｉを加えた値として設定される。一定値ΔＮ０は、クラッチ６のトルク伝達容量があるレベルに到達したことに相当し、これに初期速度差ΔＮｉｎｉを加えることで、初期速度差ΔＮｉｎｉの大小によらずに、より適切なタイミングで発電停止を開始することができる。

また、変速機入力回転速度Ｎｔｍｉｎが第１の所定回転速度Ｎｔｍｉｎ１以下となったことによっても発電停止が実行される。例えば速度差ΔＮがあまり拡大しないまま機関回転速度Ｎｅと変速機入力回転速度Ｎｔｍｉｎの双方が低下していったような場合でも、発電停止が実行され、発電負荷が低減する。

その後、時間ｔ４において変速機入力回転速度Ｎｔｍｉｎが第２の所定回転速度Ｎｔｍｉｎ２以下となり、かつその状態が一定時間Δｔ１継続することで、時間ｔ５において発電停止が終了（つまり発電が再開）する。また、時間ｔ３から発電停止時間ｔｃｕｔが計測されており、この発電停止時間ｔｃｕｔが所定時間ｔｃｕｔ１に達したときにも発電停止が終了する。

変速機２のクラッチ６は、スリップ締結を経て時間ｔ４以降に完全締結状態へと移行する。完全締結状態においては、変速機入力回転速度Ｎｔｍｉｎは０となる。

なお、内燃機関１の回転速度Ｎｅは、タービン３ｂの回転速度低下に引きずられて一旦低下した後、通常、変速機入力回転速度Ｎｔｍｉｎが０となる前に上昇に転じ、発電を再開するとき（時間ｔ５）には上昇途中もしくは最終的に安定した回転速度となっている。そのため、時間ｔ５における発電再開に伴うストールは生じにくい。

このように上記実施例では、クラッチ６を介して変速機２側から作用する負荷（タービン３ｂを拘束しようとするトルク）が実際に増大するタイミングを的確に把握して発電停止つまり発電負荷低減を行うことができる。従って、最小限の発電停止期間でもってシフト位置切換に伴うストールの抑制が効果的になされる。

因みに、特許文献１の技術では、ＰレンジからＤレンジに切り換えられた時間ｔ１時点から一定時間の間発電停止を行うこととなるが、例えば時間ｔ１～ｔ３の間は発電負荷低減による実質的な効果はない。従って、不必要に長く発電停止を行うこととなり、バッテリのＳＯＣが過度に低下したりバッテリの劣化が促進される。

以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は上記実施例に限られず、種々の変更が可能である。

例えば、上記実施例では、変速機２の油温Ｔｔｍが低いことを発電停止の条件の１つとしているが、これに代えて、あるいはこれに加えて、標高が高いことあるいは大気圧が低いことを条件の１つとして発電停止制御を行うようにしてもよい。つまり、通常よりも内燃機関１の出力が低下する条件であるときに発電停止を実行する。

また上記実施例では、図２のステップ８，９の条件成立時に発電停止を終了し、発電を再開するようにしているが、このステップ８，９の条件成立時に内燃機関１の回転速度Ｎｅが十分に復帰しているかどうかを判定し、発電再開によりストールが懸念される回転速度であれば発電停止をさらに延長するようにしてもよい。

また、発電停止後、バッテリのＳＯＣがある低下幅以上に低下した場合、あるいはバッテリ電圧が所定の電圧値を下回った場合に、発電を再開するようにしてもよい。

また、内燃機関１のクランキング後のバッテリ電圧が所定の下限値よりも低い場合に、バッテリが劣化しているものと判定し、レンジ切換時の発電停止を禁止するようにしてもよい。

なお、図２のフローチャートにおいて、ステップ５，６の発電停止開始条件はいずれか一方のみとすることができる。同様に、ステップ８，９の発電停止終了条件はいずれか一方のみとすることができる。

また、制御の簡略化のために、ステップ５の判定基準となる所定速度差ΔＮ１として、初期速度差ΔＮｉｎｉを考慮せずに単純な一定値としてもよい。

Claims (9)

1. 機関出力によって駆動される発電機を有するとともに、トルクコンバータを介して変速機に接続されてなる車両用内燃機関の発電負荷低減方法であって、
   上記変速機が非走行シフト位置から走行シフト位置に切換操作された後、機関回転速度と変速機入力回転速度との速度差が所定速度差以上となったときに、上記発電機による発電を停止し、
   ここで、上記所定速度差は、シフト位置の切換操作前の機関回転速度と変速機入力回転速度との初期速度差に基づき当該初期速度差よりも大きな速度差として設定される、
   車両用内燃機関の発電負荷低減方法。
2. さらに、
   上記変速機が非走行シフト位置から走行シフト位置に切換操作された後、変速機入力回転速度が所定値以下となったときに、上記発電機による発電を停止する、請求項１に記載の車両用内燃機関の発電負荷低減方法。
3. 変速機出力回転速度が第２の所定値以下であることを条件として上記の発電停止を実行する、請求項１または２に記載の車両用内燃機関の発電負荷低減方法。
4. 上記の発電停止後、上記変速機入力回転速度が第３の所定値以下となったときに、発電を再開する、請求項１～３のいずれかに記載の車両用内燃機関の発電負荷低減方法。
5. 上記所定速度差は、上記初期速度差に一定値を加えたものとして設定される、請求項１～４のいずれかに記載の車両用内燃機関の発電負荷低減方法。
6. 機関出力によって駆動される発電機を有する内燃機関と、
   この内燃機関と変速機との間に位置するトルクコンバータと、
   上記発電機を制御するコントローラと、
   を備え、
   上記コントローラは、上記変速機が非走行シフト位置から走行シフト位置に切換操作された後、機関回転速度と変速機入力回転速度との速度差が所定速度差以上となったときに、上記発電機による発電を停止し、
   ここで、上記所定速度差は、シフト位置の切換操作前の機関回転速度と変速機入力回転速度との初期速度差に基づき当該初期速度差よりも大きな速度差として設定される、
   車両用内燃機関の発電負荷低減装置。
7. 上記所定速度差は、上記初期速度差に一定値を加えたものとして設定される、請求項６に記載の車両用内燃機関の発電負荷低減装置。
8. 上記コントローラは、さらに、上記変速機が非走行シフト位置から走行シフト位置に切換操作された後、変速機入力回転速度が所定値以下となったときに、上記発電機による発電を停止する、
   請求項６または７に記載の車両用内燃機関の発電負荷低減装置。
9. 機関出力によって駆動される発電機を有するとともに、トルクコンバータを介して変速機に接続されてなる車両用内燃機関の発電負荷低減方法であって、
   上記変速機が非走行シフト位置から走行シフト位置に切換操作された後、機関回転速度と変速機入力回転速度との速度差が所定速度差以上となったときに、上記発電機による発電を停止し、
   ここで、変速機の油温が所定油温以下である場合に上記の発電の停止を行い、所定油温より高い場合には上記の発電の停止を行わない、
   車両用内燃機関の発電負荷低減方法。

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