JP2004052728A - 車両のエンジン始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン自動再始動時にオーバーシュートトルクに起因して乗員に不快感を与えるおそれがある。
【解決手段】アイドルストップ中にエンジン再始動要求が有ると、先ずモータジェネレータを力行運転してエンジンをクランキングする（Ｓ１〜３）。次いで、燃焼噴射を再開するとともに（Ｓ５）、推定したオーバーシュートトルクや回生トルクに基づいて冷媒圧縮機の負荷を設定し、この冷媒圧縮機の駆動を開始する（Ｓ６〜９）。次いでモータジェネレータの力行運転を回生運転又は停止状態へ切り換える（Ｓ１１）。上記冷媒圧縮機の負荷とモータジェネレータの回生トルクとにより、エンジンのオーバーシュートトルクを吸収・相殺する。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両、特に、エンジンの自動停止及び自動再始動を行うアイドルストップ車両に好適なエンジン始動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の燃費や排気エミッションの改善を図るために、エンジン自動停止・自動再始動装置を備えたアイドルストップ車両が従来より知られている。このエンジン自動停止・自動再始動装置は、信号待ちなどで車両が一時的に停止する場合に、エンジンを自動的に停止し、車両が再び発進する際にはエンジンを自動的に再始動するものである。しかしながら、例えば自動変速機のセレクトレバーがＤポジションの状態で車両が自動停止している場合のように、エンジンの前進方向の駆動力が車軸に伝達可能な状態で、エンジンの自動再始動を行うと、エンジン吸気通路内の負圧が小さい（大気圧に近い）ため、実際にエンジンが起動する完爆時にエンジン回転数が急激に上昇すなわちオーバーシュートすることにより、いわゆるオーバーシュートトルクの分の車両加速度が急激に上昇し、車両乗員に不快なトルクショックを与えるという課題がある。
【０００３】
特開２０００−２７４２７３号公報には、このようなエンジン再始動時のトルクショックを軽減するために、エンジン自動再始動を行う際には、エンジンと同期して回転するモータージェネレータ（電動発電機）を所定の目標回転数に回転数制御することにより回生発電を行い、エンジン起動時のオーバーシュートトルクを抑制する技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、モータジェネレータのみによりオーバーシュートトルクを吸収・相殺するためには、モータジェネレータの力行／回生制御を高精度に行う必要があるので、以下に列記するような課題がある。第１に、モータジェネレータを駆動制御するパワーヘッドやコントロールユニットの制御の複雑化を招いてしまう。第２に、オーバーシュートを確実に相殺し得る定格出力を持った高出力モータを採用しなければならず、モータの大型化やコストの上昇を招くおそれがある。第３に、バッテリの満充電等によりモータの回生運転が抑制・禁止されている場合、オーバーシュートを吸収・相殺することができなくなってしまう。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、大半の自動車に採用されている空調装置のエアコンプレッサのような冷媒圧縮機を有効に利用して、オーバシュートトルクを確実に吸収・相殺するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るエンジン始動制御装置は、エンジンと空調装置の冷媒圧縮機とを備える車両に適用され、所定のエンジン始動時に、エンジンのオーバーシュートトルクを吸収するオーバーシュートトルク吸収手段を有し、このオーバーシュートトルク吸収手段が、上記冷媒圧縮機を一時的に駆動する冷媒圧縮機駆動手段を含むことを特徴としている。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、大半の自動車に採用されている冷媒圧縮機を有効に利用して、オーバシュートトルクを確実に吸収・相殺することができる。従って、例えば上述したようなモータジェネレータのみによりオーバーシュートトルクを吸収する場合に比して、制御の簡素化を図ることが可能となる。また、モータジェネレータを併用し、バッテリ側の制約等によりモータジェネレータの回生運転ができない状況でも、冷媒圧縮機の負荷によりオーバーシュートトルクを良好に吸収・相殺することができ、かつ、冷媒圧縮機の負荷の分、モータジェネレータの回生トルクを抑制することができるので、モータジェネレータの小型化・低出力化等を図ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例に係るエンジン始動制御装置が適用されるハイブリッド車両を概略的に示すシステム構成図である。この車両は、エンジン１と、このエンジン１と同期して回転するモータージェネレータ（電動発電機）２と、このモータジェネレータ２と車両の駆動輪とを結ぶ動力伝達経路に設けられるトルクコンバータ４及び無段変速機３と、を有している。
【０００９】
エンジン１は、周知のように、ガソリンや軽油等の燃料を燃焼することにより駆動力を発生するガソリンエンジンやディーゼルエンジンである。
【００１０】
モータジェネレータ２は、インバータ６を介してバッテリ５に接続する三相交流型モータジェネレータであり、力行運転及び回生運転の双方が可能である。例えば、エンジン１を始動するときには力行運転を行うことにより始動用電動機として機能し、バッテリ５を充電するときには回生運転を行うことにより発電機として機能する。この実施例では、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）の後端にモータジェネレータ２のロータを直結しているが、プーリ及びベルトやスプロケット及びチェーン等を介して両者を連繋してもよい。
【００１１】
この実施例ではトルクコンバータ４及び無段変速機３により動力伝達機構を構成している。なお、動力伝達機構として、トルクコンバータ及び有段式自動変速機、もしくは電磁クラッチ付きの有段式自動変速機を採用することもできる。無段変速機３は、２つの可変プーリ３ａ，３ｂのプーリ比を変えることにより、金属ベルト３ｃを介して伝達される速度比が変化するベルト式の無段変速機である。なお、このベルト式無段変速機に代えて、周知のトロイダル式無段変速機を用いることもできる。
【００１２】
この車両の空調装置は、冷房装置として、冷媒ガスを圧縮する冷媒圧縮機１１と、この冷媒圧縮機１１から送られる高温高圧の冷媒ガスを放熱して液化するコンデンサ１２と、このコンデンサ１２から送られる液化冷媒を一時的に蓄えるリキッドタンク１３と、上記の液化冷媒が気化するときの蒸発の潜熱を低熱源として冷却に利用するエバポレータ１４と、を有し、かつ、暖房装置としてヒータコア１５を有している。これらエバポレータ１４及びヒータコア１５が設けられるブロアユニット１６には、インテークドア１７、ブロアファンモータ１８及びエアミックスドア１９等が設けられている。
【００１３】
冷媒圧縮機１１は、プーリ１ａ，１１ａ及び補機駆動ベルト７を介してエンジン１のクランクシャフトに連繋され、エンジン１により回転駆動されるもので、負荷を連続的あるいは段階的に調整可能な斜板式等の可変容量式圧縮機である。この冷媒圧縮機１１は、エンジン１との動力伝達を断続する電磁クラッチ１１ｂを備えている。
【００１４】
この車両は、車両状態を検出する各種センサ類として、無段変速機３の油温を検出する油温センサ２１と、モータジェネレータ２の温度を検出するモータ温度センサ２２と、エンジン１の冷却水温を検出する水温センサ２３と、ブレーキペダルの開度（ストローク量）及びＯＮ−ＯＦＦを検出するブレーキストロークセンサ２４と、車両の勾配を検出するスロープセンサ２５と、車両加速度を検出する加速度センサ２６と、車速を検出する車速センサ２７、等を備えている。
【００１５】
この車両は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備え、様々な制御処理を記憶及び実行する制御装置（マイクロコンピュータシステム）として、エンジン１の燃料噴射量や点火時期等を制御するエンジン制御モジュール３２と、冷媒圧縮機１１の負荷を調整・制御するとともに電磁クラッチ１１ｂのＯＮ−ＯＦＦを切換制御するＡ／Ｃ制御モジュール３３と、バッテリ５の蓄電量（ＳＯＣ）を演算・検出するバッテリコントローラ３４と、車両全体の動作を制御する車両コントロールユニット３１と、を有している。この車両コントロールユニット３１は、上記の各種センサ類等により検出・演算される車両状態に基づいて、エンジン制御モジュール３２やＡ／Ｃ制御モジュール３３へ指令信号を出力したり、インバータ６へ指令信号を出力してモータジェネレータ２の回転数制御又はトルク制御を行う。
【００１６】
車両コントロールユニット３１は、交差点などで車両が一時的に停車するようなときにエンジン１の自動停止、すなわちアイドルストップを行い、かつ、このアイドルストップからの車両発進時にはエンジン１を自動的に再始動するというエンジンの自動停止・自動再始動制御を行う。つまり、車速がゼロ、バッテリ５のＳＯＣが基準値以上等を含む所定のエンジン自動停止条件が成立すると、エンジンコントロールモジュール７を介してエンジン１の燃料噴射（及びガソリンエンジンの場合には火花点火）を停止してアイドルストップを行い、所定のエンジン自動再始動条件が成立すると、モータジェネレータ２を力行運転してエンジン１をクランキングし、かつ、燃料噴射（及びガソリンエンジンの場合には火花点火）を再開してエンジンの自動再始動を行う。
【００１７】
図２及び図３を参照して、エンジン自動再始動時にエンジンのオーバーシュートトルクを吸収する制御の流れを詳細に説明する（オーバーシュートトルク吸収手段）。図２は、車両コントロールユニット３１により実行されるフローチャートで、図３は、このエンジン自動再始動時のタイムチャートである。
【００１８】
ステップＳ１では、まず、アイドルストップ中であるか否かが判定される。具体的には、無段変速機３のシフトポジションがドライブ（Ｄ）レンジ、つまりトルクコンバータ４及び無段変速機３を介してエンジン１及びモータジェネレータ２から駆動輪へ駆動力が伝達可能な状態にあり、ブレーキペダルが踏み込まれており（ブレーキＳＷのＯＮ）、車速がほぼ０（ゼロ）で、車両のドアが閉じており、かつ、ボンネットが閉じている等の条件が全て成立するときに、アイドルストップ中であると判定されて、Ｓ２へ進む。
【００１９】
Ｓ２では、エンジン１をクランキングするためのモータジェネレータ２の駆動要求があるか否かの判断が行われる。具体的には、アクセルペダルの踏み込み（アクセルペダルのＯＮ）やブレーキペダルのＯＦＦ（あるいは緩み）を検出したときや、上記の各種センサ類より検出されるバッテリ電圧・ブレーキブースタ負圧・エンジン水温・変速機油温・変速機油圧のいずれかがその規定値以下に低下したときに、エンジン１のクランキング要求が有ると判定されて、Ｓ３へ進む。図３の第１の時期Ｔ１が、Ｓ２の判定が肯定されるタイミングに相当する。
【００２０】
Ｓ３では、モータジェネレータ２の力行運転を開始し、このモータジェネレータ２によりエンジン１の回転駆動すなわちクランキングを開始する。これにより、図３（ａ）に示すように、エンジン回転数がアイドル目標回転数へ向けて上昇していく。モータジェネレータ２は、例えば図３（ｅ）に示すように、エンジン回転数がアイドル目標回転数よりも低い所定の回転数になるまでは定トルク制御され（直線Ｅ１）、この所定の回転数からアイドル目標回転数に達するまでは定出力制御される（曲線Ｅ２）。
【００２１】
Ｓ４では、第１のエンジン始動条件が成立したか否かが判定される。この第１のエンジン始動条件は、エンジン１の燃料噴射及び火花点火の開始要求に相当するとともに、冷媒圧縮機１１の駆動要求に相当する条件であり、エンジン回転数が所定のアイドル目標回転数に達する前に肯定される。この実施例では気筒判別信号の入力を検知した時点で、Ｓ４の判定を肯定する。なお、エンジン回転数やモータ起動時間が所定のしきい値に達した時点で、Ｓ４の判定を肯定するようにしても良い。図３の第２の時期Ｔ２が、Ｓ４の判定が肯定されるタイミングに相当する。
【００２２】
Ｓ４の判定が肯定されると、Ｓ５へ進み、エンジンの燃焼噴射及び火花点火を再開する。続くＳ６〜Ｓ９では、エンジンのオーバーシュートトルクを低減・吸収するために、電磁クラッチ１１ｂをＯＮとして、冷媒圧縮機１１の駆動を開始する（冷媒圧縮機駆動手段）。このときにエンジン１側へ作用することとなる冷媒圧縮機１１の負荷は、オーバーシュートトルクを精度良く相殺・吸収するように、オーバーシュートトルク及びモータジェネレータ２の回生トルクを勘案して設定される。
【００２３】
具体的には、Ｓ６では、エンジンのクランキング経過時間（Ｔ１〜Ｔ２の時間）、エンジン水温、吸気負圧等に基づいて、エンジンオーバーシュートトルクを推定する。なお、制御の簡素化のために、エンジンオーバーシュートトルクを固定値としても良い。Ｓ７では、このオーバーシュートトルクの他、バッテリのＳＯＣやバッテリ温度等に基づいて回生トルクを推定する。例えばＳＯＣが大きく、充電量すなわち回生電力が制限または禁止されている状況では、回生トルクは制限又は０とされる。Ｓ８では、これらオーバーシュートトルクと回生トルクとに基づいて、冷媒圧縮機１１の負荷を設定する。具体的には、オーバーシュートトルクから回生トルクを差し引いた余剰トルクを吸収するように、冷媒圧縮機１１の負荷を設定し、続くＳ９において電磁クラッチ１１ｂをＯＮとし、実際に冷媒圧縮機１１の駆動を開始する。一例として、４気筒１．８ＬエンジンのＤレンジアイドルストップ解除時のオーバーシュートトルクを吸収するには、ほぼ２〜３ｋｗ程度の負荷が必要となる。
【００２４】
図３を参照して、仮にバッテリ５のＳＯＣが大きくモータジェネレータ２による回生・充電が禁止されている場合、実線Ｅ３に示すように回生トルクが全く得られないので、冷媒圧縮機の負荷のみによりオーバーシュートトルクを吸収する必要がある。従って、実線Ｆ１で示すように、冷媒圧縮機１１の負荷を相対的に大きく設定する。一方、ＳＯＣが小さくモータジェネレータ２の回生トルクを付与できる状況では（破線Ｅ４）、モータジェネレータ２の出力を差し引いた残りの出力が冷媒圧縮機の負荷となり、破線Ｆ２に示すように冷媒圧縮機１１の負荷は相対的に小さく設定される。
【００２５】
冷媒圧縮機１１が吸収したエネルギーは、エバポレータ１４の蓄冷に用いられるために、万が一バッテリが満充電で回生トルクを付与することができないような状況でも、冷媒圧縮機１１の負荷によりオーバーシュートトルクを有効に吸収・相殺することができる。
【００２６】
Ｓ１０では、第２のエンジン始動条件が成立したかを判定する。具体的には、エンジン回転数が目標アイドル回転数に達したか、言い換えると、エンジンが自立運転可能な状態に達したかを判定する。図３の第３の時期Ｔ３が、このＳ１０の判定が肯定されるタイミングに相当する。
【００２７】
このＳ１０が肯定されるとＳ１１へ進み、モータジェネレータ２を力行運転から回生運転又は停止状態へ切り換える（モータ切換手段）。ＳＯＣが大きく回生運転が禁止されている状況では、図３の実線Ｅ３に示すようにモータジェネレータ２が停止状態すなわち無負荷回転状態とされ、それ以外の状況では、図３の破線Ｅ４に示すようにモータジェネレータ２を回生運転へ切り換える。このときの回生トルクは上述したようにオーバーシュートトルクを吸収するために利用される。
【００２８】
Ｓ１２では、エンジン再始動が完了したかを判定する。例えばエンジン回転数がアイドル目標回転数に達している状態が所定期間継続すると、エンジン再始動が完了、すなわち完爆したと判定し、Ｓ１２の判定を肯定して、Ｓ１３以降へ進む。図３の第４の時期Ｔ４が、このＳ１２の判定が肯定されるタイミングに相当する。
【００２９】
Ｓ１３〜１５では、冷媒圧縮機１１を通常の運転状態へ復帰させる。具体的には、運転席近傍等に設けられるエアコンスイッチがＯＮであれば、Ｓ１４へ進み、現在の空調要求に基づいて冷媒圧縮機１１の負荷を再設定する（図３の実線Ｆ３参照）。エアコンスイッチがＯＦＦである場合には、Ｓ１５へ進み、電磁クラッチ１１ｂをＯＦＦへ戻し、冷媒圧縮機１１の作動を停止する（図３のＦ４参照）。
【００３０】
以上のように本実施例では、モータジェネレータ２による回生トルクに加えて、冷媒圧縮機１１の負荷を併用してオーバーシュートトルクを吸収・相殺するようにしているので、冷媒圧縮機１１のみでオーバーシュートトルクを吸収・相殺する場合に比して、モータジェネレータ２の小型化・低出力化を図ることができ、コスト的にも有利である。
【００３１】
また、オーバーシュートトルクを可能な限り回生トルクにより回生してエネルギー効率の向上を図りつつ、ＳＯＣの制約等により回生トルクを付与できないような状況でも、冷媒圧縮機１１の負荷によりオーバーシュートトルクを確実に低減・解消することができる。
【００３２】
更に、冷媒圧縮機１１の応答遅れを見越して、冷媒圧縮機の駆動開始タイミングＴ２を、モータジェネレータの運転切換タイミングＴ３、すなわちオーバーシュートトルクの発生タイミングＴ３よりも前に設定している。このため、冷媒圧縮機１１の応答遅れを相殺し、精度良くオーバーシュートトルクを吸収することができる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば上記実施例では主として制御の簡素化の目的でエンジンの燃料噴射の再開と冷媒圧縮機１１の駆動開始とを同じタイミングＴ２で行っているが、それぞれ異なるタイミングで行うようにしても良い。
【００３４】
また、上記実施例ではエンジンの駆動力が車軸に伝達可能な状態、すなわちオーバーシュートトルクが車両の推進力に影響を与える状況でのみ、オーバーシュートトルクを吸収する図２のルーチンを実行するようにしているが、エンジンの駆動力が車軸に伝達されない状態、例えば変速機のシフトポジションがＮレンジやＰレンジのときにも、上述した図２のルーチンを実行するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る車両のエンジン始動制御装置を示す概略構成図。
【図２】本実施例に係るエンジン自動再始動時の制御の流れを示すフローチャート。
【図３】本実施例に係るエンジン自動再始動時のタイムチャート。
【符号の説明】
１…エンジン
２…モータジェネレータ
１１…冷媒圧縮機
１１ｂ…電磁クラッチ

Claims (5)

1. エンジンと、空調装置の冷媒圧縮機と、を備える車両において、
   所定のエンジン始動時に、エンジンのオーバーシュートトルクを吸収するオーバーシュートトルク吸収手段を有し、
   このオーバーシュートトルク吸収手段が、上記冷媒圧縮機を一時的に駆動する冷媒圧縮機駆動手段を含むことを特徴とする車両のエンジン始動制御装置。
2. 上記車両が、エンジンの自動停止及び自動再始動を行うアイドルストップ車両であり、
   上記所定のエンジン始動時が、エンジンの自動再始動時であることを特徴とする請求項１に記載の車両のエンジン始動制御装置。
3. 上記冷媒圧縮機が可変容量式であり、
   上記冷媒圧縮機駆動手段が、車両状態に基づいて、上記冷媒圧縮機の負荷を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両のエンジン始動制御装置。
4. エンジン及びバッテリに連繋され、力行運転及び回生運転の双方が可能で、かつ、上記エンジン始動時に力行運転を行いエンジンのクランキングを行うモータジェネレータを備え、
   上記オーバーシュートトルク吸収手段が、上記バッテリの充電状態に基づいて、
   上記モータジェネレータを力行運転から回生運転又は停止状態へ切り換えるモータ切換手段を含み、
   上記冷媒圧縮機駆動手段が、
   上記モータジェネレータの回生トルクを推定する手段と、
   上記オーバーシュートトルクと回生トルクとに基づいて、上記冷媒圧縮機の負荷を算出する手段と、
   を含むことを特徴とする請求項３に記載の車両のエンジン始動制御装置。
5. 上記モータ切換手段によりモータジェネレータの運転を切り換える前に、上記冷媒圧縮機駆動手段による冷媒圧縮機の駆動を開始することを特徴とする請求項４に記載の車両のエンジン始動制御装置。

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