(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関を始動し得る限界のバッテリの充電状態において内燃機関のアイドル運転を停止することができ、燃費低減効果を向上させること。【解決手段】バッテリの充電状態が所定の条件下にあれば内燃機関のアイドル運転を停止する内燃機関のアイドル運転停止制御方法であって、現時点でのバッテリの電流及び電圧に基づいて出力可能な電力を演算し、現時点で内燃機関を停止した場合において内燃機関の始動に対抗する抵抗力を推定してその抵抗力に基づいて内燃機関を始動するのに要する必要電力を演算し、演算した出力可能な電力が必要電力を上回る状態にバッテリが充電されている場合に内燃機関のアイドル運転の停止を許可する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機により内燃機関を始動するのに要する電力を蓄電し得るバッテリを備えてなる車両において、バッテリの充電状態が所定の条件下にあれば内燃機関のアイドル運転を停止する内燃機関のアイドル運転停止制御方法であって、
現時点でのバッテリの電流及び電圧に基づいて出力可能な電力を演算し、
現時点で内燃機関を停止した場合において内燃機関の始動に対抗する抵抗力を推定してその抵抗力に基づいて内燃機関を始動するのに要する必要電力を演算し、
演算した出力可能な電力が必要電力を上回る状態にバッテリが充電されている場合に内燃機関のアイドル運転の停止を許可する内燃機関のアイドル運転停止制御方法。
【請求項２】
抵抗力の推定が、内燃機関の温度に基づくものである請求項１記載の内燃機関のアイドル運転停止制御方法。
【請求項３】
車両がさらにトルクコンバータを有する自動変速機を備えてなり、自動変速機の温度に基づいて抵抗力を推定する請求項１または２記載の内燃機関のアイドル運転停止制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両が停止した場合に内燃機関がアイドル運転状態になると、所定の条件下においてアイドル運転を停止する内燃機関のアイドル運転停止制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両が交差点の信号などで停止した場合に内燃機関すなわちエンジンがアイドル運転状態になると、燃費の向上及び排気ガス量の低減を目的として、エンジンを停止させるものが知られている。このようなアイドル運転の停止は、車両が停止していることやブレーキが作動していることを基本的な条件として、バッテリの充電状態が所定の条件を満たしている場合に実行するように構成されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のものでは、バッテリの雰囲気温度、劣化状態を考慮して推定したバッテリ充電状態に基づいて、アイドル運転状態の時に停止したエンジンを再始動するのに必要な電力をバッテリが出力可能であるかを推定し、その推定結果に基づいてエンジンの運転停止を判定するようにしている。この場合、その判定は、バッテリの出力電圧がエンジンを始動させるためのモータジェネレータの駆動に必要な基準電圧以上となったことにより行われるものである。
【特許文献１】特開２００１−３０４００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジンは、その温度により始動に必要なトルクが変化する。すなわち、冷却水による暖房が可能な温度の場合と登坂走行を行っている時の温度の場合では、前者におけるトルクは小さいものである。したがって、エンジンを始動するためのモータジェネレータあるいはスタータの駆動に必要な電力は、その両者で異なってくる。
【０００５】
ところが、特許文献１に記載のものでは、モータジェネレータの駆動に必要な基準電圧以上である時にエンジンの運転停止を判定しているため、バッテリの出力電圧が基準電圧を下回る場合には、運転停止を判定することができないものである。つまり、エンジンの温度が低く、エンジンの始動に必要なトルクが小さい場合に、バッテリの出力電圧が基準電圧を下回っていても始動が可能であるにもかかわらず、運転停止の判定ができないためにアイドル運転を継続することになる。このため、その間に燃料を消費することにより、燃費を向上させることが妨げられることになる。
【０００６】
本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明の内燃機関のアイドル運転停止制御方法は、電動機により内燃機関を始動するのに要する電力を蓄電し得るバッテリを備えてなる車両において、バッテリの充電状態が所定の条件下にあれば内燃機関のアイドル運転を停止する内燃機関のアイドル運転停止制御方法であって、現時点でのバッテリの電流及び電圧に基づいて出力可能な電力を演算し、現時点で内燃機関を停止した場合において内燃機関の始動に対抗する抵抗力を推定してその抵抗力に基づいて内燃機関を始動するのに要する必要電力を演算し、演算した出力可能な電力が必要電力を上回る状態にバッテリが充電されている場合に内燃機関のアイドル運転の停止を許可することを特徴とする。
【０００８】
本発明において、電動機とは、電気エネルギを回転エネルギに変換する装置を指すもので、内燃機関と組み合わせて選択的に機能させることにより車両を走行させるための駆動力を出力するモータ（いわゆるハイブリッドエンジンにおけるモータ）、始動時のみ使用されるスタータ、電力を印加することにより回転エネルギを発生する発電機などを含むものである。また、内燃機関は、このような電動機の回転エネルギにより始動し得るものであればよく、火花点火式の２ストローク及び４ストロークエンジン、ディーゼルエンジンなどを含むものである。
【０００９】
加えて、本発明において、内燃機関の始動に対抗する抵抗力とは、内燃機関を始動する場合に、その始動を妨げるように内燃機関に作用する力を指すもので、内燃機関の潤滑油による摩擦抵抗（フリクション）や内燃機関にトルクコンバータが連結される場合のオートマチックトランスミッションフルードによる摩擦抵抗、内燃機関個々の摩擦抵抗特性などを含むものである。これらの摩擦抵抗は、実際にはエンジンの始動、トルクしたがって電動機の必要トルクにより推定し得るものである。
【００１０】
このような構成であれば、現時点で内燃機関を停止した場合において内燃機関の始動に対抗する抵抗力を推定してその抵抗力に基づいて内燃機関を始動するのに要する必要電力を演算することで、内燃機関の状態に応じた必要電力を得ることができる。そして、出力可能な電力が必要電力を上回るバッテリの充電状態においてアイドル運転の停止を許可するので、内燃機関を停止しても確実に始動することが可能になる。
【００１１】
必要電力の演算を容易に、かつ精度よくするためには、抵抗力の推定が、内燃機関の温度に基づくものであることが好ましい。また、車両がさらにトルクコンバータを有する自動変速機を備えてなるものでは、自動変速機の温度に基づいて抵抗力を推定するものが好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、以上説明したように、内燃機関の状態に応じた必要電力を得ることができ、出力可能な電力が必要電力を上回るバッテリの充電状態においてアイドル運転の停止を許可するので、内燃機関を停止しても確実に始動することができる。したがって、内燃機関を始動し得る限界のバッテリの充電状態において内燃機関のアイドル運転を停止することができ、燃費低減効果を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１において、自動車などの車両に装着されるエンジン１００は水冷式のもので、トルクコンバータを有する自動変速機ＡＴを一体的に備えるものである。また、エンジン１００には、エンジン１００により回転駆動されるオルタネータＡＬ、及び通電された際に回転して回転駆動力をエンジン１００に供給する電動機であるスタータＳＴが取り付けてある。そして、エンジン１００を運転するために、燃料噴射量、エンジン回転数、アイドル運転時の吸入空気量などを制御する電子制御装置１、電子制御装置１を含む車両の電気系統の電源となるバッテリ２、電子制御装置１に接続されてエンジン１００の運転状態を検出する各種のセンサなどが、エンジン１００及び車両に装備されている。なお、エンジン１００の運転を制御するために必要な各種のセンサは、この分野でよく知られているものを広く用いることができるので、具体的な説明を省略し、本発明の特徴をなす構成にかかわるもののみを以下に説明する。
【００１５】
具体的には、エンジン１００の温度としての冷却水温度を検出して水温信号ａを出力する冷却水温センサ３、車両の速度を検出して車速信号ｂを出力する車速センサ４、後述する充電電流センサ７に付属するバッテリ２の温度を検出してバッテリ温信号ｃを出力するバッテリ温度センサ５、自動変速機ＡＴのオートマチックトランスミッションフルード（以下、ＡＴＦと称する）の温度すなわちＡＴＦ温度を検出して油温信号ｄを出力する油温センサ６、オルタネータＡＬからバッテリ２に接続される配線に取り付けられて充電電流に対応する充電電圧ｅを出力する充電電流センサ７、バッテリ２からイグニッションスイッチ８に接続される配線に取り付けられて放電電流に対応する放電電圧ｆを出力する放電電流センサ９、スロットルバルブ（図示しない）の開閉状態を検出してＩＤＬ信号ｇを出力するアイドルスイッチ１０、ブレーキペダル（図示しない）の作動状態を検出してブレーキ信号ｈを出力するブレーキスイッチ１１、自動変速機ＡＴのシフトポジションを検出してポジション信号ｋを出力するポジションスイッチ１２がそれぞれ、エンジン１００あるいは車両の対応部位に配置してある。
【００１６】
電子制御装置１は、中央演算処理装置１ａと、記憶装置１ｂと、入力インターフェース１ｃと、出力インターフェース１ｄとを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。記憶装置１ｂには、後述するアイドル運転停止制御プログラムが格納してあり、また同プログラムの実行により生じる演算結果が一時的に記憶されるとともにアイドル運転制御に必要なデータなどが記憶してある。そして、入力インターフェース１ｃには、上述の各センサやスイッチから出力される信号、充電電圧、放電電圧、バッテリ２の端子間の直流電圧が入力される。これによって、電子制御装置１は、充電電流計、放電電流計及び直流電圧計として機能するものである。また、出力インターフェース１ｄからは、燃料噴射弁（図示しない）に対しては演算された燃料噴射時間（燃料噴射量）に対応する駆動信号ｍが、またアイドル運転時の吸入空気量を制御するＩＳＣバルブ（図示しない）に対しては制御信号ｎが、さらに点火プラグ（図示しない）に対してはイグニッション信号ｐがそれぞれ、出力される。
【００１７】
なお、図示しないが、電子制御装置１には、入力されるアナログ信号をディジタルデータに変換するためのＡ／Ｄコンバータが内蔵されており、Ａ／Ｄコンバータは水温信号ａや油温信号ｄ等を一定の間隔でディジタルデータに変換して、中央演算処理装置１ａに出力するものである。また、電子制御装置１に対する電源線については、図示を省略している。
【００１８】
電子制御装置１は、アイドル運転停止制御プログラムを実行して、車両が停止した場合にバッテリ２の充電状態が所定の条件下にあればエンジン１００のアイドル運転を許可するものである。具体的には例えば、車速センサ４が出力する車速信号ｂに基づいて車速が所定速度以下であること、ブレーキスイッチ１１が出力するブレーキ信号ｈに基づいてブレーキペダルが操作されていること、ポジションスイッチ１２が出力するポジション信号ｋに基づいて自動変速機ＡＴがドライブレンジにセットされていることを、アイドル運転を停止する場合の基本となる条件として、この基本となる条件に加えて、エンジン１００の状態に応じて算出する始動に要する電力を上回る電力がバッテリ２に蓄電されていることを条件に、これらの条件を満たす場合にアイドル運転の停止を決定するものである。
【００１９】
なお、アイドル運転の停止を決定するにあたっては、上述の基本となる条件が成立（満たされる）することと、バッテリ２における充電状態が所定の条件を満たすこととを組あわせて行うものであるが、それぞれの条件成立の判定の順序は特に限定されるものではない。すなわち基本となる条件が成立している場合にバッテリ２の充電状態による判定を行うもの、その逆に、バッテリ２の充電状態が所定の条件を満たしている場合に基本となる条件が成立していることを判定するもののいずれであってもよい。さらには、基本となる条件のうちの一つが成立した場合に、バッテリ２による判定を行うものであってもよい。
【００２０】
そして、一方の条件が成立している状態では、アイドル運転の停止を許可するものである。すなわち、エンジン１００の状態に応じて算出する始動に要する電力を上回る電力がバッテリ２に蓄電されている条件が成立する場合には、アイドル運転を停止し得る状態にあるので、基本となる条件の成立を前提として、アイドル運転を停止することが可能であることを示すものである。
【００２１】
図２により、アイドル運転停止制御プログラムの構成を説明する。
【００２２】
このアイドル運転停止制御プログラムは、エンジン１００が回転している状態で所定の周期で繰り返し実行されるものである。そして、上述の基本となる条件が成立した状態で、以下に説明する手順が実行されるものである。
【００２３】
またこのアイドル運転停止制御プログラムには、エンジン１００の始動に要する必要電力を演算するために、冷却水温度と現時点つまりこのプログラムを実行する時点でのエンジン１００を始動するに際して抵抗力となるフリクションに対応するエンジン１００の始動に要する始動トルク、すなわちスタータＳＴの必要トルクとを関連づけたマップと、必要トルクに基づいて始動に必要な必要電力を冷却水温度に関連づけたマップとが付随している。これらのマップは、それぞれのパラメータ（冷却水温度、始動トルク、必要トルク）の代表値が実測値に基づいて設定してあり、始動トルクしたがって必要トルクについては、エンジン個々の生産時のばらつきをも加味して幅を持たせた値で設定してある。
【００２４】
また同様にして、ＡＴＦ温度とエンジン１００の始動に要する必要トルクとの関係から、冷却水温度により得られる必要トルクを補正する補正係数が設定してある。すなわち、トルクコンバータを有する自動変速機ＡＴにおいては、ＡＴＦの粘度がエンジン１００に対して抵抗力つまりフリクションとなるが、このＡＴＦによるフリクションをＡＴＦ温度に基づいて推定し、推定したフリクションにより上記補正係数を設定するものである。このＡＴＦによるフリクションもエンジン１００自体のフリクションと同様に、温度が高くなるに応じて高くなる傾向を示し、このフリクションの対する必要トルクも大きくなる。したがって、ＡＴＦ温度に基づく補正係数にあっても、温度が高くなるに応じて大きな値となるように設定するものである。
【００２５】
スタータＳＴの必要トルクは、図３に示すように、冷却水温度が低い状態では高い値を示し、その後温度が上昇するのに応じて一旦低くなり、再び上昇して冷却水温度が高くなるにつれて高い値となる。したがって、エンジン１００の始動に要する必要電力は、冷却水温度と関連づけた場合に、暖機運転完了の直前から冷却水温度の上昇とともに大きくなるものである。この場合に、アイドル運転停止が実施される冷却水温度の範囲は、実際には走行中においてなされるものであるので、完全暖機後の冷却水温度からオーバーヒートとなる手前の温度範囲において設定してある。この温度範囲にあっては、一次関数的に冷却水温度に対して必要トルクが増加するものである。このような温度範囲を設定することで、冬期の冷却水温度が低い場合には、アイドル運転状態で車両が停止してもエンジン１００を停止しないため、車室内の暖房を継続することができる。
【００２６】
まず、ステップＳ１において、冷却水温センサ４からの水温信号ｂ及び油温センサ６からの油温信号ｄに基づいて冷却水温度及びＡＴＦ温度を読み込む。冷却水温度は、例えば燃料噴射量を設定するためにも用いられるので、このアイドル運転停止制御プログラムが実行される以前に検出されているもので、このステップＳ１では、そのようにして検出されて、記憶装置１ｂに保存されている最新の冷却水温度及びＡＴＦ温度を記憶装置１ｂから読み出し、このプログラムのデータとして読み込むものである。
【００２７】
ステップＳ２では、読み込んだ冷却水温度に基づいてマップを検索し、必要な場合には補間計算を行って冷却水温度に対するエンジン１００の始動トルク、したがってスタータＳＴの必要トルクを求め、ＡＴＦ温度に基づく補正係数を用いて得られた必要トルクを補正して必要電力を演算するための必要トルクを推定する。
【００２８】
ステップＳ３では、推定した必要トルクに基づいてエンジン１００を始動する場合に必要な必要電力を演算する。この必要電力をスタータＳＴに供給した場合に、スタータＳＴが必要トルクをスタータＳＴが発生させるものである。この必要電力は、必要トルクに対応するもので、図３に示した必要トルクと同等の傾向、すなわち冷却水温度に対して一次関数的に増加する傾向を有して変化するものである。
【００２９】
ステップＳ４では、現時点でのバッテリ２の充電電流及び放電電流のそれぞれの積算値を読み込む。充電電流及び放電電流はそれぞれ、このアイドル運転停止制御プログラムが実行されるまでに所定時間毎に検出される。そして、検出された充電電流及び放電電流は積算され、その積算値が記憶装置１ｂに保存される。
【００３０】
ステップＳ５では、バッテリ温度センサ５からのバッテリ温信号ｃに基づいてバッテリ２の温度を検出する。バッテリ２は、その温度が上昇すると、バッテリ２の内部抵抗値が下がり、同じ充電状態の場合に、放電電流がバッテリ温度が低い場合に比べて多くなる。つまりバッテリ２は、バッテリ温度に応じてその放電電流がばらつくものである。このため、バッテリ２の出力可能な電力を演算する場合に、この放電電流のバッテリ温度によるばらつきに基づいて出力可能な電力を補正するべく、バッテリ温度を用いるものである。
【００３１】
ステップＳ６では、前回エンジン１００を始動した時のバッテリ２の端子間電圧の最低電圧が一定電圧以上であったか否かを判定する。すなわち、現在のエンジン１００の運転になる際のエンジン１００の始動時に、バッテリ２の端子間の直流電圧を測定しておき、その測定された直流電圧をバッテリ２の最低電圧として記憶装置１ｂに保存しておくものである。
【００３２】
ステップＳ７では、バッテリ２の充電状態を推定する。この推定は、ステップＳ４において読み込まれた充電電流及び放電電流積算値、ステップＳ５において検出したバッテリ温度、ステップＳ６において判定したバッテリ２の最低電圧に基づいて行うものである。充電電流積算値と放電電流積算値との差、及び一定電圧以上の最低電圧とに基づいてバッテリ２が出力可能な電力を演算し、得られた電力をステップＳ５において検出したバッテリ温度により補正して、現時点での実質的に出力可能な電力を演算して、バッテリ２の充電状態を推定する。
【００３３】
ステップＳ８では、バッテリ２が始動時に必要な電力を出力可能か否かを判定する。この判定は、ステップＳ７において推定したバッテリ２の充電状態すなわち出力可能な電力が、ステップＳ３において演算して得られた必要電力を上回る場合に、出力可能と判定するものである。
【００３４】
ステップＳ９では、バッテリ２の状態が、アイドル運転を停止するバッテリ条件を満たしているとして、アイドル運転中のエンジン１００を停止してもよい状態であるとしてエンジン停止（アイドル運転停止）を許可する。これに対して、ステップＳ１０では、バッテリ条件を満たしていないとして、アイドル運転停止を許可しない。
【００３５】
このような構成において、車両が交差点において信号により停止した場合を説明する。この場合、自動変速機ＡＴは、信号の切り替わりの後に車両が発進し得るように、変速位置はドライブレンジに置かれたままである。このように、車両が停止することにより、エンジン１００はアイドル運転となる。
【００３６】
以上の運転状態において、ステップＳ１からステップＳ６までを実行し、バッテリ２の充電状態を判定するために必要な情報を収集する。そして、前回のエンジン１００の始動時におけるバッテリ２の最低電圧が一定電圧を下回っている場合には、ステップＳ６の判定を実行した後、バッテリ２の充電状態がアイドル運転中のエンジン１００を停止する条件を満たしていないとして、アイドル運転の停止を許可しない（ステップＳ１０）。すなわち、このように前回始動時のバッテリ２の最低電圧が一定電圧を下回る場合は、アイドル運転を停止してしまうと、バッテリ２が始動に必要な電力をスタータＳＴに供給できない状態であるので、他のアイドル運転停止条件（基本となる条件）が満たされていてもアイドル運転を停止しない。
【００３７】
これに対して、ステップＳ１からステップＳ６までを実行し、前回のエンジン１００の始動時におけるバッテリ２の最低電圧が一定電圧以上である場合には、ステップＳ７を実行してバッテリ２の充電状態を推定する。推定したバッテリ２の充電状態において、バッテリ２が始動時に必要な電力を出力可能であるとステップＳ８において判定した場合は、アイドル運転の停止を許可する。したがって、他のアイドル運転停止条件が成立することにより、アイドル運転は停止される。
【００３８】
この場合、バッテリの出力可能な電力は、エンジン１００の冷却水温度で異なるエンジン始動時のフリクションに対応して、エンジン１００の始動に必要なスタータＳＴの必要トルク、その必要トルクに応じたスタータＳＴの必要電力及びバッテリ２の充電状態に基づいて判定するので、その時のエンジン１００の状態における最小限の電力に設定することができる。この場合に、この実施形態にあっては、エンジン１００の温度を直接的に反映する冷却水温度に基づいて必要トルクを推定し、その必要トルクからスタータＳＴが必要トルクを発生させるために必要な必要電力を演算しているので、精度よく必要トルクを推定することができる。
【００３９】
この結果、バッテリ２の充電状態が完全でない場合であっても、エンジン１００の始動に必要なスタータＳＴの必要トルクが得られる電力がバッテリ２に蓄電されている場合には、エンジン１００のアイドル運転の停止を許可して、バッテリ２以外のアイドル運転停止条件が成立した場合にエンジン１００を停止させることができる。したがって、カーステレオをはじめとする各種の電気負荷によりバッテリ２の電力が消費されている場合で充電状態が低下していても、ステップＳ６及びステップＳ８において所定のバッテリ条件を満たしていれば、エンジン１００の始動限界のバッテリ２の充電状態でアイドル運転中のエンジン１００を停止するので、アイドル運転停止の回数を増加させることができ、よって燃料消費量の低減により燃費を向上させることができる。
【００４０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
【００４１】
上記実施形態においては、車両が停止した場合に、バッテリ２の充電状態に基づいて判断してエンジン１００のアイドル運転の停止を許可するものを説明したが、走行のための動力源として内燃機関のみを搭載する車両において、停車を前提として減速走行しておりその走行速度が所定速度以下となる停車直前の場合に、バッテリ２の充電状態が上述した所定の条件を満たす場合にエンジン１００のアイドル運転の停止を許可する構成としてもよい。また、電動機と内燃機関とを組み合わせたハイブリッドエンジンを搭載する車両の場合にあっては、ハイブリッドエンジンを構成する内燃機関の駆動力を走行のために必要としなくなった減速走行（電動機による回生走行）時を、停車時に加えて、バッテリ２の充電状態によるアイドル運転の停止許可制御の前提条件とするものであってもよい。
【００４２】
また、例えば、エンジンを始動する毎に、上記実施形態に示したように、エンジンの温度、自動変速機のＡＴＦ温度、充電電流、放電電流、端子間電圧、バッテリの温度を測定し、これらの測定値から少なくともエンジンの温度により変化するフリクションに対応する始動時に消費された電力、言い換えればそれぞれのエンジンの温度に対応する始動時に必要とした電力を演算する。そして、演算したそれぞれの電力を保存して蓄積することにより、エンジン毎に固有の特性（ばらつき）に対応した始動時の必要電力を学習する。つまり、上記実施形態においては、始動トルクを推定するマップが車両に搭載されるエンジン毎に設定されたものではなく、同形式のエンジンにおける実測値に基づいて作成されるため、エンジン毎の固有の特性を反映させることが難しいのに対して、このように必要電力を学習することで、エンジン毎の固有の特性を必要電力に効果的に反映させることができ、よって精度よくエンジンのアイドル運転停止を実行することができる。
【００４３】
加えて、アイドル運転停止からの始動を、エンジン停止時のクランク角に基づいて制御するものにあっては、そのクランク角を考慮して始動トルクを推定するようにしてもよい。
【００４４】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、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。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態のブロック図。
【図２】同実施形態の概略制御手順を示すフローチャート。
【図３】同実施形態のマップの内容を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４６】
１…電子制御装置
１ａ…中央演算処理装置
１ｂ…記憶装置
１ｃ…入力インターフェース
１ｄ…出力インターフェース
２…バッテリ
１００…エンジン
【図１】
2006258070.tif 000003
【図２】
2006258070.tif 000004
【図３】
2006258070.tif 000005