JP2019007453A - 車両の制御装置および車両の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スタータに電力を供給するバッテリの電圧が低くなりがちな車両において、内燃機関の始動性を向上させることが可能な車両の制御装置および車両の制御方法を提供する。
【解決手段】車両の制御装置は、内燃機関の駆動力を用いて発電を行うオルタネータと、オルタネータにより発電された電力を充電するバッテリと、バッテリに充電された電力の供給を受けて内燃機関のクランキングを行うスタータとを備える。制御装置は、クランキングが行われる際、バッテリの電圧を取得する電圧取得部と、電圧取得部により取得された電圧が所定電圧以下であるか否かについて判定する判定部と、判定部により電圧が所定電圧以下であると判定された場合、当該電圧が所定電圧以下でないと判定された場合と比べて内燃機関のアイドル回転数を増大させることにより、オルタネータの発電電力を増大させるアイドル回転数制御部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の制御装置および車両の制御方法に関する。

一般に、内燃機関（エンジン）の始動は、スタータモータにより内燃機関の出力軸（クランク軸）に初期回転を付与することによって行われる。具体的には、まず、スタータモータに設けられたピニオンをピニオン回転軸の軸線方向に押し出すことにより、クランク軸に連結されたリングギアにピニオンを噛み合わせる。その後、スタータモータの通電によりピニオンを回転させ、その回転力によってリングギアを回転させる。これにより、内燃機関のクランキングが開始されてエンジンが始動される（例えば、特許文献１を参照）。スタータモータは、オルタネータにより発電された電力を充電するバッテリから電力の供給を受けて内燃機関のクランキングを行う。

特開２００５−３３０８１３号公報

ところで、例えば長期滞留車両、移動販売車両、長時間稼働しない車両（ただし、架装は駆動）等では、オルタネータによる発電量が定常的に少なく、スタータモータに電力を供給するバッテリの電圧が低くなりがちである。そのため、バッテリの電力でスタータモータを駆動して当該スタータモータの動力で内燃機関をクランキングするシステムでは、バッテリの電圧が低くなっている、ひいては当該バッテリからスタータモータに供給される電力が低くなる場合、スタータモータの駆動力（トルク）が不足する。その結果、内燃機関を十分なトルクでクランキングすることができず、内燃機関の始動性が低下するおそれがあるという問題があった。

本発明の目的は、スタータモータに電力を供給するバッテリの電圧が低くなりがちな車両において、内燃機関の始動性を向上させることが可能な車両の制御装置および車両の制御方法を提供することである。

本発明に係る車両の制御装置は、
内燃機関の駆動力を用いて発電を行うオルタネータと、前記オルタネータにより発電された電力を充電するバッテリと、前記バッテリに充電された電力の供給を受けて前記内燃機関のクランキングを行うスタータモータと、を備える内燃機関の制御装置であって、
前記クランキングが行われる際、前記バッテリの電圧を取得する電圧取得部と、
前記電圧取得部により取得された電圧が所定電圧以下であるか否かについて判定する判定部と、
前記判定部により前記電圧が所定電圧以下であると判定された場合、前記電圧が所定電圧以下でないと判定された場合と比べて前記内燃機関のアイドル回転数を増大させることにより、前記オルタネータの発電電力を増大させるアイドル回転数制御部と、
を備える。

本発明に係る車両の制御方法は、
内燃機関の駆動力を用いて発電を行うオルタネータと、前記オルタネータにより発電された電力を充電するバッテリと、前記バッテリに充電された電力の供給を受けて、前記内燃機関のクランキングを行うスタータモータと、を備える車両の制御方法であって、
前記クランキングが行われる際、前記バッテリの電圧を取得し、
取得された前記電圧が所定電圧以下であるか否かについて判定し、
前記電圧が所定電圧以下であると判定された場合、前記電圧が所定電圧以下でないと判定された場合と比べて前記内燃機関のアイドル回転数を増大させることにより、前記オルタネータの発電電力を増大させる。

本発明によれば、スタータモータに電力を供給するバッテリの電圧が低くなりがちな車両において、内燃機関の始動性を向上させることができる。

本実施の形態における車両の要部構成を示す図である。 本実施の形態における制御装置の動作例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態における車両１の要部構成を示す図である。

図１に示すように、車両１は、内燃機関１０、オルタネータ２０、スタータモータ３０、バッテリ４０（鉛蓄電池）および制御装置５０を備える。オルタネータ２０およびスタータモータ３０は、内燃機関１０からの動力を伝達する動力伝達システムのクラッチ（動力断接装置）よりも上流側で内燃機関１０のクランク軸１１に連結されている。

オルタネータ２０は、誘導モータや同期モータで形成され、インバータ２１を介してバッテリ４０に接続される。オルタネータ２０は、動力伝達機構１２を介してクランク軸１１に連結される。動力伝達機構１２は、クランク軸１１に直結された第１プーリー１３と、オルタネータ２０の駆動軸に直結された第２プーリー１４と、第１プーリー１３および第２プーリー１４に掛け回された無端状のベルト（動力伝達部材）１５を有する。

また、オルタネータ２０は、発電機として、内燃機関１０の駆動力を受けて発電する。このとき、動力伝達機構１２により、クランク軸１１から第１プーリー１３、ベルト１５、第２プーリー１４を順に経由してオルタネータ２０に動力が伝達される。オルタネータ２０により発電された電力は、配線を経由してインバータ２１で３相交流電力から直流電力に変換してバッテリ４０に充電される。

スタータモータ３０は、始動時に最も大きなトルクが発生し、回転数の上昇に伴いトルクが減少する直流直巻型モータで形成される。スタータモータ３０は、内燃機関１０の始動時に連結機構１６を介してクランク軸１１に連結される。連結機構１６は、クランク軸１１に直結されたフライホイールの外周に配置されたリングギア１７と、スタータモータ３０の駆動軸に直結されたピニオン１８とを有する。

内燃機関１０の始動は、スタータモータ３０によりクランク軸１１に初期回転を付与することによって行われる。具体的には、まず、スタータモータ３０に設けられたピニオン１８をピニオン回転軸の軸線方向に押し出すことにより、クランク軸１１に連結されたリングギア１７にピニオン１８を噛み合わせる。その後、バッテリ４０からスタータモータ３０に電力（大電流）が供給され、スタータモータ３０は、ピニオン１８を回転させ、その回転力によってリングギア１７を回転させる。その結果、スタータモータ３０の動力は、ピニオン１８およびリングギア１７を介してクランク軸１１に伝達され、クランク軸１１は回転する。これにより、内燃機関１０のクランキングが開始されて内燃機関１０が始動される

ところで、車両１が、例えば長期滞留車両、移動販売車両、長時間稼働しない車両（ただし、架装は駆動）等である場合、オルタネータ２０による発電量が定常的に少なく、バッテリ４０の電圧が低くなりがちである。そのため、バッテリ４０の電力でスタータモータ３０を駆動して当該スタータモータ３０の動力で内燃機関１０をクランキングするシステムでは、バッテリ４０の電圧が低くなっている、ひいては当該バッテリ４０からスタータモータ３０に供給される電力が低くなる場合、スタータモータ３０の駆動力（トルク）が不足する。その結果、内燃機関１０を十分なトルクでクランキングすることができず、内燃機関１０の始動性が低下するおそれがある。

そこで本実施の形態では、制御装置５０は、内燃機関１０のクランキングが行われる際、バッテリ４０の電圧が所定電圧以下である場合、当該電圧が所定電圧以下でない場合と比べて、車両１のアイドリング時における内燃機関１０のアイドル回転数を増大させることにより、オルタネータ２０の発電電力を増大させる。すなわち、バッテリ４０の電圧が低くなりがちな状況にある場合には、車両１のアイドリング時にオルタネータ２０の発電電力を増大させてバッテリ４０の充電を促進させる。これにより、内燃機関１０のクランキングが行われる際、バッテリ４０の電圧が低くなること（すなわち、バッテリ４０からスタータモータ３０に供給される電力が低くなること）が好適に防止され、内燃機関１０を十分なトルクでクランキングすることができるため、内燃機関１０の始動性が低下することを防止することができる。

制御装置５０は、内燃機関１０、オルタネータ２０、インバータ２１、スタータモータ３０およびバッテリ４０の動作を制御する。なお、内燃機関１０、オルタネータ２０、インバータ２１、スタータモータ３０およびバッテリ４０のそれぞれの制御は、例えば個別に設けられたＥＣＵ（Electric Control Unit）が互いにＣＡＮ（Control Area Network）通信を行いながら協働して制御を実施していてもよいが、本実施の形態では１つの制御装置５０により各構成が制御されるものとして説明する。

制御装置５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）、および、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の作業用メモリ等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭから制御プログラムを読み出してＲＡＭに展開し、展開した制御プログラムと協働して内燃機関１０、オルタネータ２０、インバータ２１、スタータモータ３０およびバッテリ４０の動作を集中制御する。

制御装置５０は、温度取得部５１、電圧検出部５２、判定部５３およびアイドル回転数制御部５４を備える。

温度取得部５１は、大気温度に関連する温度として、内燃機関１０に向けて吸気される空気の温度（吸気温度）を検出する吸気温度センサ５５から吸気温度を取得する。なお、温度取得部５１は、吸気温度ではなく大気温度を取得しても良い。

電圧取得部５２は、内燃機関１０のクランキングが行われる際、バッテリ４０の電圧を取得する。特に、クランキングの開始直後において、バッテリ４０の電圧が大きく低下し、スタータモータ３０の駆動力が不足する可能性が最も高くなるため、電圧取得部５２は、クランキングの開始直後におけるバッテリ４０の電圧を取得することが望ましい。

判定部５３は、電圧取得部５２により取得された電圧が所定電圧以下であるか否かについて判定することによって、次回以降のクランキングでスタータモータ３０の駆動力が不足するおそれがあるか否かを判定する。

アイドル回転数制御部５４は、判定部５３によりバッテリ４０の電圧が所定電圧以下であると判定された場合、所定電圧以下でないと判定された場合と比べて、車両１のアイドリング時における内燃機関１０のアイドル回転数を増大させることにより、オルタネータ２０の発電電力を増大させる制御を行う。

本実施の形態では、アイドル回転数制御部５４は、温度取得部５１により取得された吸気温度が低いほど、アイドル回転数の増大量を大きくする。バッテリ４０は、低温環境に置かれている場合、内部抵抗が増加して出力電力が低下するという特性があるため、次回のクランキングに備えてより多くの電力（オルタネータ２０による発電力）を充電しておく必要があるからである。同様の考え方から、アイドル回転数制御部５４は、温度取得部５１により取得された吸気温度が低いほど、アイドル回転数の増大時間を長くしても良い。また、判定部５３の判定に用いられる所定電圧は、温度取得部５１により取得された吸気温度が低いほど高く設定して、アイドル回転数の増大制御がより行われやすくしても良い。

次に、図２のフローチャートを参照し、本実施の形態における制御装置５０の動作例について説明する。

まず、制御装置５０は、内燃機関１０のクランキングが行われているか否かについて判定する（ステップＳ１００）。判定の結果、内燃機関１０のクランキングが行われていない場合（ステップＳ１００、ＮＯ）、処理はステップＳ１００の前に戻る。

一方、内燃機関１０のクランキングが行われている場合（ステップＳ１００、ＹＥＳ）、電圧取得部５２は、バッテリ４０の電圧を取得する（ステップＳ１２０）。次に、制御装置５０は、車両１がアイドリング中であるか否かについて判定する（ステップＳ１４０）。判定の結果、車両１がアイドリング中でない場合（ステップＳ１４０、ＮＯ）、処理はステップＳ１４０の前に戻る。

一方、車両１がアイドリング中である場合（ステップＳ１４０、ＹＥＳ）、判定部５３は、電圧取得部５２により取得された電圧が所定電圧以下であるか否かについて判定する（ステップＳ１６０）。判定の結果、電圧取得部５２により取得された電圧が所定電圧以下でない場合（ステップＳ１６０、ＮＯ）、制御装置５０は、図２における処理を終了する。この場合、アイドル回転数制御部５４は、内燃機関１０のアイドル回転数を通常のアイドル回転数に設定してオルタネータ２０に発電させる。

一方、電圧取得部５２により取得された電圧が所定電圧以下である場合（ステップＳ１６０、ＹＥＳ）、アイドル回転数制御部５４は、所定電圧以下でないと判定された場合と比べて、車両１のアイドリング時における内燃機関１０のアイドル回転数を増大させることにより、オルタネータ２０の発電電力を増大させる制御を行う（ステップＳ１８０）。ステップＳ１８０における処理が完了することによって、制御装置５０は、図２における処理を終了する。

以上詳しく説明したように、本実施の形態では、制御装置５０は、内燃機関１０のクランキングが行われる際、バッテリ４０の電圧を取得する電圧取得部５２と、電圧取得部５２により取得された電圧が所定電圧以下であるか否かについて判定する判定部５３と、判定部５３により電圧が所定電圧以下であると判定された場合、電圧が所定電圧以下でないと判定された場合と比べて内燃機関１０のアイドル回転数を増大させることにより、オルタネータ２０の発電電力を増大させるアイドル回転数制御部５４とを備える。

このように構成した本実施の形態によれば、内燃機関１０のクランキングが行われる際、バッテリ４０の電圧が低くなること（すなわち、バッテリ４０からスタータモータ３０に供給される電力が低くなること）が防止され、内燃機関１０を十分なトルクでクランキングすることができるため、内燃機関１０の始動性が低下することを防止することができる。

なお、上記実施の形態において、車両１のアイドリング時におけるアイドル回転数の増大量や増大時間は、ユーザにより任意に設定可能であっても良い。また、判定部５３の判定に用いられる所定電圧は、ユーザにより任意に設定可能であっても良い。これにより、ユーザが所望する態様でアイドル回転数の増大制御を実現することができる。

また、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本発明は、スタータモータに電力を供給するバッテリの電圧が低くなりがちな車両において、内燃機関の始動性を向上させることが可能な車両の制御装置および車両の制御方法として有用である。

１ 車両
１０ 内燃機関
１１ クランク軸
１２ 動力伝達機構
１３ 第１プーリー
１４ 第２プーリー
１５ ベルト
１６ 連結機構
１７ リングギア
１８ ピニオン
２０ オルタネータ
２１ インバータ
３０ スタータモータ
４０ バッテリ
５０ 制御装置
５１ 温度取得部
５２ 電圧取得部
５３ 判定部
５４ アイドル回転数制御部
５５ 吸気温度センサ

Claims (8)

1. 内燃機関の駆動力を用いて発電を行うオルタネータと、前記オルタネータにより発電された電力を充電するバッテリと、前記バッテリに充電された電力の供給を受けて前記内燃機関のクランキングを行うスタータモータと、を備える車両の制御装置であって、
   前記クランキングが行われる際、前記バッテリの電圧を取得する電圧取得部と、
   前記電圧取得部により取得された電圧が所定電圧以下であるか否かについて判定する判定部と、
   前記判定部により前記電圧が所定電圧以下であると判定された場合、前記電圧が所定電圧以下でないと判定された場合と比べて前記内燃機関のアイドル回転数を増大させることにより、前記オルタネータの発電電力を増大させるアイドル回転数制御部と、
   を備える車両の制御装置。
2. 前記アイドル回転数の増大量は、大気温度に関連する温度が低いほど大きい、
   請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記アイドル回転数の増大量は、ユーザにより任意に設定可能である、
   請求項１または２に記載の車両の制御装置。
4. 前記アイドル回転数の増大時間は、大気温度に関連する温度が低いほど長い、
   請求項１〜３の何れか１項に記載の車両の制御装置。
5. 前記アイドル回転数の増大時間は、ユーザにより任意に設定可能である、
   請求項１〜４の何れか１項に記載の車両の制御装置。
6. 前記所定電圧は、大気温度に関連する温度が低いほど高く設定される、
   請求項１〜５の何れか１項に記載の車両の制御装置。
7. 前記所定電圧は、ユーザにより任意に設定可能である、
   請求項１〜６の何れか１項に記載の車両の制御装置。
8. 内燃機関の駆動力を用いて発電を行うオルタネータと、前記オルタネータにより発電された電力を充電するバッテリと、前記バッテリに充電された電力の供給を受けて、前記内燃機関のクランキングを行うスタータモータと、を備える車両の制御方法であって、
   前記クランキングが行われる際、前記バッテリの電圧を取得し、
   取得された前記電圧が所定電圧以下であるか否かについて判定し、
   前記電圧が所定電圧以下であると判定された場合、前記電圧が所定電圧以下でないと判定された場合と比べて前記内燃機関のアイドル回転数を増大させることにより、前記オルタネータの発電電力を増大させる、
   制御方法。

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