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JP4811304B2 - 車両用エンジンの自動停止装置 - Google Patents

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Description

本発明は、所定の停止条件が成立したときにエンジンを自動的に停止させる車両用エンジンの自動停止装置に関する。
従来より、燃費やエミッション性の向上を目的として、車速が零になることを含む所定の停止条件が成立したときに、エンジンを自動的に停止させると共に、エンジンの停止中に所定の始動条件が成立したときに、当該エンジンを自動的に始動させる、いわゆるアイドルストップを行うシステムが知られている(例えば特許文献1参照)。
特開2004−86434号公報
ところで、従来のアイドルストップシステムにおいて車速が零であるか否かの判定は、電磁ピックアップからなる車速センサの検出値に基づいて行っているが、その車速センサの検出精度では、およそ1km/h以下の車速を検出することがほとんどできない。このため、アイドルストップの制御を行う上では、車速センサの検出値がおよそ1km/h以下になれば車速が零になったとみなし、エンジンを自動停止させるようにしている。
しかしながら、この構成では、実際の車速が零になっていないときでもエンジンが自動的に停止されてしまう場合があり、その場合、例えばトルクコンバータを含む自動変速機等を備えた車両ではクリープ力が無くなることになる。つまり、車両が急激に停止して、いわゆる引き込みショックが発生することにより、乗員に違和感を与えてしまうという問題がある。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、引き込みショックを生じることなく、エンジンの自動停止を行うことにある。
本発明の一側面によると、車両用エンジンの自動停止装置は、車両に搭載されたエンジンと、車速を検出する車速検出手段と、ブレーキ液圧を検出するブレーキ液圧検出手段と、前記車速検出手段による検出車速が零になる車速条件を含む、所定の停止条件が成立したときに、前記エンジンを自動的に停止させると共に、前記エンジンの停止中に所定の始動条件が成立したときに、前記エンジンを自動的に始動させる自動停止始動手段と、前記検出車速が零になる前の、前記車両の減速中において検出された、前記車両の減速度及びブレーキ液圧に基づいて、前記車両が走行している路面の傾斜角を推定する路面傾斜角推定手段と、前記推定された路面傾斜角に基づいて、前記車両を停止させるために必要なブレーキ液圧を算出する必要ブレーキ液圧算出手段と、前記検出車速が所定車速以上に一旦高まった後に、その所定車速よりも低くなる車速履歴条件を含むプレエンジン停止条件が成立したか否かを判定するプレエンジン停止条件判定手段と、を備え、前記路面傾斜角推定手段は、前記プレエンジン停止条件が成立した後、前記検出車速が零になるまでの間における所定期間の前記ブレーキ液圧の平均値と、前記車両の減速度とに基づいて前記路面の傾斜角を推定し、前記自動停止始動手段による前記所定の停止条件には、前記ブレーキ液圧検出手段により検出された実際のブレーキ液圧が前記必要ブレーキ液圧以上になるブレーキ液圧条件が含まれる。
この構成によると、車速検出手段による検出車速のみに基づいて車両が停止したことを判定するのではなく、ブレーキ液圧検出手段により検出したブレーキ液圧に基づいて車両が停止していることを判定することによって、車両が確実に停止した状態で、エンジンを自動的に停止させることができる。その結果、いわゆる引き込みショックの発生を防止することができる。
また、ブレーキ液圧に基づいて車両が停止していることを判定するに際し、検出車速が零になる前に検出された車両の減速度とブレーキ液圧とに基づいて、車両が走行している路面の傾斜角を推定し、その推定した傾斜角に応じて車両を停止させるために必要なブレーキ液圧を設定するため、路面の傾斜角の大小に拘わらず、車両が停止していることを正確に判定することができ、引き込みショックの発生を確実に防止しながらの、エンジンの自動停止が実現する。
前記エンジンの自動停止装置は、前記車両が停止している状態において路面の傾斜角を検出する加速度センサをさらに備え、前記自動停止始動手段は、前記ブレーキ液圧条件が成立した後に、前記加速度センサによって検出された路面の傾斜角が所定よりも大きいときには、前記エンジンの停止を禁止する、としてもよい。
路面の傾斜角が比較的大きいときにエンジンの自動停止を行った場合には、そのエンジンの再始動時に車両の飛び出しや後ずさりが生じる。このため、路面の傾斜角が比較的大きいときにはエンジンの自動停止を禁止することが望ましい。
前述したように、検出車速が零になる前の車両が走行している最中は、慣性力が作用するため、加速度センサによって路面の傾斜角を検出することができず、車両の減速度とブレーキ液圧とに基づいて路面の傾斜角を推定することになるが、車両が停止している状態においては、加速度センサによって路面の傾斜角を精度良く検出することができる。
従って、ブレーキ液圧条件が成立して車両が停止した後に、加速度センサによって検出された路面の傾斜角が所定よりも大きいときには、エンジンの停止を禁止することが望ましい。
前記自動停止始動手段は、前記エンジンの所定の気筒内に燃料を噴射すると共に点火して燃焼させることにより前記エンジンを始動させ、前記自動停止始動手段はさらに、前記車速条件と前記ブレーキ液圧条件とが共に成立した後、前記エンジンを自動的に停止させる前に、当該エンジンの回転数を高めて該エンジンに対する掃気を実行する、としてもよい。
始動モータを用いずに、エンジンの所定の気筒(例えば膨張行程にある気筒)内に燃料を噴射して点火することにより再始動を行う構成では、膨張行程にある気筒内に燃焼のための空気を十分に確保して始動性を高める上で、エンジンの停止前に掃気をする必要がある。この場合において、車両が確実に停止していない状態でエンジン回転数を高めて掃気を行うと、車両の飛び出しを招く虞がある。
前記の構成では、車速条件とブレーキ液圧条件とが共に成立することによって車両がブレーキ装置によって確実に停止している状態において、エンジン回転数を高めて掃気を行うことにより、車両の飛び出しが防止される。
以上説明したように、本発明によると、検出車速のみに基づいて車両の停止状態を判定し、エンジンの自動停止を実行するのではなく、検出車速とブレーキ液圧との双方に基づいて車両の停止状態を判定してエンジンの自動停止を実行することにより、いわゆる引き込みショックの発生を確実に防止することができる。
また、路面の傾斜角の大きさを推定すると共に、推定した傾斜角の大きさに応じて必要なブレーキ液圧を設定することで、車両の停止状態を常に確実に判定することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
−アイドルストップシステムの概略構成−
図1及び図2は、本実施形態に係るエンジンの自動停止装置を含むアイドルストップシステムの実施形態を示し、このシステムEは、シリンダヘッド10及びシリンダブロック11を備えたエンジン1と、該エンジン1を制御するためのECU2(エンジンコントローラ)とを備えている。前記エンジン1には、図2に示すように4つの気筒12A〜12Dが設けられていて、該各気筒12A〜12Dの内部には、図1に示すように、クランク軸3に連結されるピストン13がそれぞれ嵌挿され、これにより、前記各気筒12A〜12D内部でピストン13の上方には燃焼室14が形成されている。
ここで、一般的に、多気筒4サイクルエンジンにおいては、各気筒が所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなる燃焼サイクルを行うようになっており、この実施形態の4気筒エンジンの場合、気筒列方向一端側から1番気筒12A、2番気筒12B、3番気筒12C、4番気筒12Dと呼ぶと、1番気筒(#1)、3番気筒(#3)、4番気筒(#4)、2番気筒(#2)の順にクランク角で180度ずつの位相差をもって燃焼が行われるようになっている。そうして、エンジン1の駆動に伴う出力トルクは、クランク軸3に連結されたトルクコンバータ51及び自動変速機(AT)52を介して駆動輪53に伝達されることになる。
前記各気筒12A〜12Dのそれぞれの燃焼室14の頂部には、該燃焼室14内の混合気に点火して燃焼させるための点火プラグ15が設けられていて、それらの各点火プラグ15先端の電極が前記燃焼室14を臨むように配置されている。また、前記燃焼室14の側方(図1の右方向)には、先端の噴孔を燃焼室14に臨ませて燃料噴射弁16が配設されている。この燃料噴射弁16は、図示しないニードル弁及びソレノイドを内蔵し、前記ECU2からのパルス信号の入力によりそのパルス幅に対応する時間だけ開弁駆動されて、その駆動時間に応じた量の燃料を各気筒12A〜12D内に直接、噴射するように構成されている。そして、その燃料の噴射方向が前記点火プラグ15の電極付近に向かうように調整されている。
また、前記燃料噴射弁16には、図示しないが、燃料ポンプにより燃料供給通路等を介して燃料が供給されるようになっており、その燃料供給圧は、各気筒12A〜12Dの圧縮行程中期以降で高圧の気筒内燃焼室14に燃料を噴射できるように、その燃焼室14の圧力よりも高い値に設定されている。
前記各気筒12A〜12Dの燃焼室14の上部には、該燃焼室14に向かって開口する吸気ポート17及び排気ポート18が設けられていて、これらのポート17,18に吸気弁19及び排気弁20がそれぞれ配設されている。これらの吸気弁19及び排気弁20は、図示省略のカムシャフト等からなる動弁機構により駆動され、上述のとおり、各気筒12A〜12Dが所定の位相差をもって燃焼サイクルを行うように、該各気筒毎の吸・排気弁19,20の開閉タイミングが設定されている。
また、前記吸気ポート17及び排気ポート18にそれぞれ連通するように吸気通路21及び排気通路22が設けられており、図2に示すように、前記吸気ポート17に近い吸気通路21の下流側は各気筒12A〜12D毎に独立の分岐吸気通路21aとされ、この各分岐吸気通路21aの上流端がそれぞれサージタンク21bに連通している。このサージタンク21bよりも上流の吸気通路21は各気筒12A〜12Dに共通の共通吸気通路21cであり、この通路21cには例えばバタフライ弁により通路断面積を調節して吸気流を絞るスロットル弁23と、これを駆動するアクチュエータ24とが配設され、さらに、図2にのみ示すが、スロットル弁23の上流側には吸気量を検出するためのエアフローセンサ25が配設されている。
一方、前記各気筒12A〜12Dからの排気が集合する排気通路22の集合部下流には、排気を浄化するための触媒29が配設されている。この触媒29は、いわゆる三元触媒とすればよいが、これに限るものではなく、例えば、いわゆるリーンNOx触媒であってもよい。
また、前記エンジン1には、ベルト等によりクランク軸3に駆動連結されたオルタネータ28が付設されており、このオルタネータ28によって発電された電力は、図示省略のバッテリに蓄電されるようになっている。
さらに、前記エンジンシステムEには、前記クランク軸3の回転角を検出する2つのクランク角センサ30,31が設けられており、主に一方のクランク角センサ30からの信号に基づいてエンジン回転速度を求めるとともに、それら2つのクランク角センサ30,31から出力される互いに位相のずれたクランク角信号によって、前記クランク軸3の回転方向及び回転角度を検出するようになっている。加えて、このエンジンシステムEには、カムシャフトの特定の回転位置を検出して気筒識別信号として出力するカム角センサ32、エンジン1の運転・停止を手動で切替えるオンオフ操作が行われるイグニッションスイッチ33(IGスイッチ)、アクセル操作量を検出するアクセル開度センサ34、後述するように本実施形態では特に車両が停止した状態において路面の傾斜角を検出する加速度センサ(Gセンサ)35、ブレーキ液圧を検出するブレーキ液圧センサ36、及び、車速を検出する電磁ピックアップからなる車速センサ37等が配設されている。
前記ECU2は、前記各センサ及びスイッチ25,30〜37からの信号を受け、前記燃料噴射弁16に対して燃料噴射量及びその噴射時期を制御する信号を出力するとともに、点火プラグ15の点火装置27に対して点火時期を制御する信号を出力し、さらに、前記スロットル弁23のアクチュエータ24に対してスロットル開度を制御する信号を出力する。そして、以下に詳述するが、前記ECU2は、アイドル時において所定のエンジン停止条件が成立したときに、各気筒12A〜12Dへの燃料供給を停止して(燃料カット)自動的にエンジンを停止させるとともに、その後、運転者のアクセル操作等により所定のエンジン再始動条件が成立したときには、自動的にエンジン1を再始動させるようになっている。
ここで、本実施形態に係るエンジン1は、その再始動に際し、始動モータの力を借りることなく、エンジン1を自力で始動させるようになっている。すなわち、まず、ピストン13が圧縮行程の途中で停止している気筒12で最初の燃焼を行わせて、ピストン13を押し下げることにより、クランク軸3を少しだけ逆転させ、これにより、膨張行程にある気筒12のピストン13を上昇させて、この気筒12内の混合気を圧縮する。そして、そのようにして圧縮されて温度及び圧力の高くなった膨張行程気筒12内の混合気に点火して、燃焼させることにより、クランク軸3に正転方向のトルクを与えて、エンジン1を始動するようにしている。
そのようにエンジン1を自力で始動させるためには、停止時に膨張行程にある気筒12の燃焼によってクランク軸3にできるだけ大きな正転方向のトルクを与え、これにより、続いて圧縮上死点(以下、TDCと略称)を迎える気筒12が、その圧縮反力(圧縮圧力)に打ち勝ってTDCを越えるようにしなければならない。従って、エンジン1の確実な始動のためには前記停止時膨張行程気筒12内に燃焼のための空気を十分に確保しておく必要がある。
そのために、詳しくは後述するが、アイドル時にエンジン1を自動で停止させるときに、各気筒12A〜12Dの掃気を行うべく、スロットル弁23を開方向に制御してアイドル回転速度よりもやや高い所定回転速度となるようにする掃気制御を行う。これによって、前記の停止時膨張行程気筒12及び停止時圧縮行程気筒12へそれぞれ吸入される空気量が十分に多くなる。
尚、本実施形態では、その掃気制御に伴うエンジンの吹き上がりを防止すべく、点火時期を所定量だけ遅角させる制御を併せて実行する。
−エンジンの自動停止制御−
次に、前記ECU2によりエンジン1を自動で停止する制御について、図3及び図4を参照しながら説明する。なお、図3は停止制御の手順を示すフローチャート図であり、図4は、車両が走行している状態から自動停止制御によりエンジンが停止するまでの間における、検出車速及びエンジン回転数の変化を示す説明図である。
先ずステップS1においては、プレエンジン停止条件が成立したか否かを判定する。ここで、プレエンジン停止条件には、車速が所定車速以上に一旦高まった後に、その所定車速よりも低くなる条件である車速履歴条件、バッテリ電圧が所定電圧以上であること、換言すればバッテリを充電する必要がないという条件であるバッテリ条件、空調装置が作動していない、つまり空調用コンプレッサが停止しているという条件である空調条件、及びエンジン水温が所定温度以上である、つまり冷間時でないという条件であるエンジン水温条件が含まれる。プレエンジン停止条件が成立していないのNOのときには、このステップS1を繰り返すのに対し、プレエンジン停止条件が成立したのYESのときには、ステップS2に移行する。
ステップS2では、車速センサ37により検出した車速に基づいて、例えばマップを参照することによりエンジン回転数を設定する。これによって、図4に示すように、アイドル時よりもエンジン回転数を高めるようにする。この制御は、後述する後述する掃気制御によって車両の停止状態でエンジン回転数が一気に高くなることに伴う違和感を防止する等の理由で、エンジン回転数を段階的に高めるために行う制御である。
続くステップS3では、車速センサ37により検出した車速に基づき車両の減速度を算出すると共に、ブレーキ液圧センサ36により検出したブレーキ液圧に基づき平均ブレーキ液圧を算出する。そうして、ステップS4では、車速センサ37により検出した車速が0km/hになったか否かを判定する。つまり、1km/h未満を検出することが困難な電磁ピックアップからなる車速センサ37の検出精度の関係上、車速センサ37の検出車速が1km/h未満で、車速を0km/hとみなすことができるか否かを判定する。この判定がNOのときには、ステップS4を繰り返す一方、判定がYESのときにはステップS5に移行する。ここで、判定がYESでステップS5に移行した場合も、図4に破線で示す実際の車速は0km/hになっていない。
ステップS5では、ステップS3で算出した、車両の減速度及びブレーキ液圧の平均値に基づいて、走行している路面の予測傾斜角を算出する。つまり、ブレーキ液圧の大きさに対して減速度が比較的小さいとき(図4の2点鎖線参照)には、その路面は下り勾配であり、ブレーキ液圧の大きさに対して減速度が比較的大きいとき(図4の1点鎖線参照)には、その路面は上り勾配であることから、車両の減速度及びブレーキ液圧の平均値に基づいて、例えば予め設定した演算式やテーブル等に従って、路面の傾斜角を算出すればよい。
続くステップS6では、ステップS5で予測した傾斜角に基づき、予め設定されてECU2に記憶されているマップに従って、車両を停止させるために必要なブレーキ液圧を算出する。ここで、必要なブレーキ液圧は、路面が下り勾配であるときには、上り勾配であるときと比較して高く設定される。
そうしてステップS7で、ブレーキ液圧センサ36により検出した実際のブレーキ液圧が、ステップS6で算出した必要ブレーキ液圧以上になったか否か(ブレーキ液圧条件)を判定する。必要ブレーキ液圧以上であるのYESのときには、車両が停止状態になったと判定して(図4における破線と実線との交点参照)、ステップS8に移行し、アイドルストップを許可する。
一方、必要ブレーキ液圧以上でないのNOのときにはステップS9に移行して、アイドルストップを禁止する。つまり、車両が停止しないと判定する。この場合は、ステップS10において、ステップS2で高めたアイドル回転数を低下させることにより車両の飛び出しを防止した上で、フローを終了する。
一方、ステップS8でアイドルストップが許可された後は、ステップS11においてエンジン停止条件(燃料カット条件)が成立したか否かを判定する。ここでのエンジン停止条件には、ブレーキスイッチがオンでかつ、アクセルがオフであること等が含まれる。エンジン停止条件が成立していないのNOのときには、ステップS11を繰り返す一方、成立したのYESのときにはステップS12に移行する。
ステップS12では、車両が停止している状態にあるため、Gセンサ35の検出値に基づいて路面の傾斜角を算出し、路面勾配が急勾配であるか否かを判定する。ここで、車両の停止直後は、慣性によりGセンサ35の検出値が一定にならないため、図4に示すように、ブレーキ液圧条件が成立してから所定時間が経過した後に、Gセンサ35の検出値に基づいて路面の傾斜角を算出することが好ましい。ステップS12の判定において、急勾配であるのYESのときには、エンジン1の再始動時に車両の飛び出しや後ずさりが発生することから、アイドルストップを禁止すべくそのままフローを終了する。
一方、ステップS12で急勾配でないのNOのときには、ステップS13に移行し、スロットル弁23を開方向に制御してエンジン回転数を高めることによる掃気制御(図4参照)と共に、前述したように吹き上がりを防止するための点火時期のリタード制御を行い、その後にステップS14でアイドルストップを実行(燃料カットによるエンジン1の自動停止)する。
従って、ステップS3,S5により路面傾斜角推定手段41が構成され、ステップS6により必要ブレーキ液圧算出手段42が構成される。
このように、前記のアイドルストップシステムでは、車速センサ37の検出値のみに基づいて車両の停止状態を判定するのではなく、さらにブレーキ液圧に基づいて車両の停止状態を判定するため、車速センサ37の検出精度に依存することなく、車両の停止状態を正確に判定することが可能になる。それによって、エンジン1の自動停止のタイミングを適正化して、いわゆる引き込みショックの発生を防止することができる。
また、前記の必要ブレーキ液圧は、車両の減速度とブレーキ液圧とに基づいて推定した路面の傾斜角に応じて設定されるため、路面勾配の大小に拘わらず、車両が停止していることを正確に判定することができる。
車両が動いている最中(車両が停止する前)は、その車両の減速度とブレーキ液圧とに基づき傾斜角を判定する一方で、車両が停止した状態においては、Gセンサ35の検出値に基づいて路面の傾斜角を判定するため、路面の勾配を正確に判定することができる。
また、このアイドルストップシステムに係るエンジン1は、始動モータを用いずに再始動を行うため、前述したとおり、エンジン1の停止前に掃気を行う必要があるが、その掃気制御は、車両の停止に必要なブレーキ液圧が確保された後に行うため、エンジン回転数を上昇させることに伴う飛び出し等は、確実に防止することができる。
尚、前記の実施形態では、エンジン1の再始動を始動モータを用いずに行うようにしているが、エンジン1の再始動を始動モータを用いて行う構成において、本発明を適用することも可能である。その場合は、エンジン1の自動停止前における掃気制御は不要になる。
以上説明したように、本発明は、いわゆる引き込みショックの発生を防止しつつ、エンジンを自動的に停止させることができるから、車両用エンジンの自動停止装置として有用である。
本発明の実施形態に係るアイドルストップシステムの概略構成図である。 エンジンの吸気系及び排気系の構成を示す模式図である。 エンジンの自動停止に係る制御を示すフローチャートである。 車両の走行中の状態からエンジンの自動停止までの間における検出車速及びエンジン回転数の変化の一例を示すタイムチャートである。
符号の説明
1 エンジン
12 気筒
2 ECU(自動停止始動手段)
35 加速度センサ
41 路面傾斜角推定手段
42 必要ブレーキ液圧算出手段

Claims (3)

  1. 車両に搭載されたエンジンと、
    車速を検出する車速検出手段と、
    ブレーキ液圧を検出するブレーキ液圧検出手段と、
    前記車速検出手段による検出車速が零になる車速条件を含む、所定の停止条件が成立したときに、前記エンジンを自動的に停止させると共に、前記エンジンの停止中に所定の始動条件が成立したときに、前記エンジンを自動的に始動させる自動停止始動手段と、
    前記検出車速が零になる前の、前記車両の減速中において検出された、前記車両の減速度及びブレーキ液圧に基づいて、前記車両が走行している路面の傾斜角を推定する路面傾斜角推定手段と、
    前記推定された路面傾斜角に基づいて、前記車両を停止させるために必要なブレーキ液圧を算出する必要ブレーキ液圧算出手段と、
    前記検出車速が所定車速以上に一旦高まった後に、その所定車速よりも低くなる車速履歴条件を含むプレエンジン停止条件が成立したか否かを判定するプレエンジン停止条件判定手段と、を備え、
    前記路面傾斜角推定手段は、前記プレエンジン停止条件が成立した後、前記検出車速が零になるまでの間に設けた所定期間の前記ブレーキ液圧の平均値と、前記車両の減速度とに基づいて前記路面の傾斜角を推定し、
    前記自動停止始動手段による前記所定の停止条件には、前記ブレーキ液圧検出手段により検出された実際のブレーキ液圧が前記必要ブレーキ液圧以上になるブレーキ液圧条件が含まれるエンジンの自動停止装置。
  2. 請求項1に記載のエンジンの自動停止装置において、
    前記車両が停止している状態において路面の傾斜角を検出する加速度センサをさらに備え、
    前記自動停止始動手段は、前記ブレーキ液圧条件が成立した後に、前記加速度センサによって検出された路面の傾斜角が所定よりも大きいときには、前記エンジンの停止を禁止するエンジンの自動停止装置。
  3. 請求項1に記載のエンジンの自動停止装置において、
    前記自動停止始動手段は、前記エンジンの所定の気筒内に燃料を噴射すると共に点火して燃焼させることにより前記エンジンを始動させ、
    前記自動停止始動手段はさらに、前記車速条件と前記ブレーキ液圧条件とが共に成立した後、前記エンジンを自動的に停止させる前に、当該エンジンの回転数を高めて該エンジンに対する掃気を実行するエンジンの自動停止装置。
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