(57)【要約】      （修正有）【課題】始動段階における内燃機関の制御方法であって、エンジン速度フレアーを制御すること、及び内燃機関を始動させるために使用されたエネルギーを少なくとも部分的に回復する装置を提供する。【解決手段】始動段階の少なくとも一部においてエンジンに対する負荷を増加させるように、オルタネータ負荷を制御すること、それにより、エンジンを始動するための、基本点火時期及び／又は燃料が燃焼安定性を向上するために変更されたときでさえ、オルタネータ負荷は、エンジン速度フレアーを抑制し、及び／又は始動エネルギーを回復するように制御可能である。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の始動段階の少なくとも一部において、エンジン速度のフレアーを制御するべく、オルタネータ負荷を制御するよう動作する始動制御ロジックを有することを特徴とするエンジンマネジメントシステム。
【請求項２】
前記始動制御ロジックは、始動段階の少なくとも一部において、オルタネータの電力出力が増加されるように、オルタネータ負荷を制御するよう動作することを特徴とする請求項１に記載のエンジンマネジメントシステム。
【請求項３】
前記始動制御ロジックは、始動段階の少なくとも一部において、エンジンを始動するために使用されるエネルギーが少なくとも部分的に回復されるように、オルタネータ負荷を制御するよう動作することを特徴とする請求項１に記載のエンジンマネジメントシステム。
【請求項４】
前記始動段階の少なくとも一部は、始動段階においてフレアーが生じる部分であり、始動制御ロジックは、始動段階のフレアーが生じる部分において、動的にオルタネータ負荷を制御するよう動作することを特徴とする請求項１に記載のエンジンマネジメントシステム。
【請求項５】
始動制御ロジックは、始動段階のフレアーが生じる部分以前の、始動段階の初期部分において、オルタネータ負荷を少なくとも１つの所定値に設定するよう動作することを特徴とする請求項４に記載のエンジンマネジメントシステム。
【請求項６】
始動制御ロジックは、始動段階のクランキング部分においてオルタネータ負荷を低い値に設定し、始動段階のフレアーが生じる部分以前の、始動段階の最初の燃焼部分において、オルタネータ負荷を増加するよう動作することを特徴とする請求項４に記載のエンジンマネジメントシステム。
【請求項７】
前記低い値のオルタネータ負荷は、実質的に零レベルのオルタネータ負荷であることを特徴とする請求項６に記載のエンジンマネジメントシステム。
【請求項８】
始動制御ロジックは、始動段階の最初の燃焼部分とフレアーが生じる部分との間は、始動段階のエンジン回転の上昇する部分において増加された値にオルタネータ負荷を維持するよう動作することを特徴とする請求項６に記載のエンジンマネジメントシステム。
【請求項９】
始動制御ロジックは、始動段階のフレアーが生じる部分の後、始動段階のオルタネータ負荷の制御に続く標準制御ロジックに引き継ぐ前の、始動段階の引継ぎ部分において、オルタネータ負荷を低下させるよう動作することを特徴とする請求項４に記載のエンジンマネジメントシステム。
【請求項１０】
始動制御ロジックは、目標速度値、測定されたエンジン速度値、及び経過時間に応じて、トルク要求信号を発生するよう動作するトルク要求ロジックを含み、そのトルク要求信号は、トルク要求信号、オルタネータ速度値、オルタネータデューティ値、及びオルタネータ電圧値に基づきオルタネータ負荷を制御するための目標オルタネータ電圧信号を決定するよう動作するオルタネータトルク制御ロジックに与えられることを特徴とする請求項１に記載のエンジンマネジメントシステム。
【請求項１１】
始動制御ロジックは、さらに、内燃機関の燃焼安定性が向上するように点火時期を変更し、エンジン速度フレアーを制御するためにオルタネータの電力出力が増加されるように、始動段階の少なくとも一部においてオルタネータ負荷を制御するよう動作することを特徴とする請求項１に記載のエンジンマネジメントシステム。
【請求項１２】
前記点火時期の変更は、点火時期を進角させることを含むことを特徴とする請求項１１に記載のエンジンマネジメントシステム。
【請求項１３】
始動制御ロジックは、さらに、内燃機関の燃焼安定性が向上するように点火時期を変更し、エンジンを始動するために使用されるエネルギーが少なくとも部分的に回復されるように、始動段階の少なくとも一部においてオルタネータ負荷を制御するよう動作することを特徴とする請求項１に記載のエンジンマネジメントシステム。
【請求項１４】
前記点火時期の変更は、点火時期を進角させることを含むことを特徴とする請求項１３に記載のエンジンマネジメントシステム。
【請求項１５】
始動制御ロジックは、さらに、内燃機関の燃焼安定性が向上するようにエンジン燃料を増量し、エンジン速度フレアーを制御するためにオルタネータの電力出力が増加されるように、始動段階の少なくとも一部においてオルタネータ負荷を制御するよう動作することを特徴とする請求項１に記載のエンジンマネジメントシステム。
【請求項１６】
始動制御ロジックは、さらに、内燃機関の燃焼安定性が向上するようにエンジン燃料を増量し、エンジンを始動するために使用されるエネルギーが少なくとも部分的に回復されるように、始動段階の少なくとも一部においてオルタネータ負荷を制御するよう動作することを特徴とする請求項１に記載のエンジンマネジメントシステム。
【請求項１７】
内燃機関の始動段階の少なくとも一部において、エンジンを始動する際に使用されたエネルギーを少なくとも部分的に回復するべく、オルタネータ負荷を制御するよう動作する始動制御ロジックを有することを特徴とするエンジンマネジメントシステム。
【請求項１８】
始動制御ロジックは、さらに、内燃機関の燃焼安定性が向上するように点火時期を進角させ、始動段階の少なくとも一部におけるオルタネータ負荷の制御は、エンジンを始動する際に使用されたエネルギーが少なくとも部分的に回復されるように、前記始動段階の少なくとも一部において、オルタネータの電力出力を増加することを含むことを特徴とする請求項１７に記載のエンジンマネジメントシステム。
【請求項１９】
始動制御ロジックは、さらに、内燃機関の燃焼安定性が向上するようにエンジン燃料を増量させ、始動段階の少なくとも一部におけるオルタネータ負荷の制御は、エンジンを始動する際に使用されたエネルギーが少なくとも部分的に回復されるように、前記始動段階の少なくとも一部において、オルタネータの電力出力を増加することを含むことを特徴とする請求項１７に記載のエンジンマネジメントシステム。
【請求項２０】
内燃機関と、
内燃機関の始動段階の少なくとも一部において、エンジン速度のフレアーを制御するべく、オルタネータ負荷を制御するよう動作する始動制御ロジックを有するエンジンマネジメントシステムと、を備えることを特徴とする内燃機関システム。
【請求項２１】
始動制御ロジックは、さらに、内燃機関の燃焼安定性が向上するように点火時期を進角させ、始動段階の少なくとも一部におけるオルタネータ負荷の制御は、エンジン速度フレアーを制御するべく、オルタネータの電力出力を増加することを含むことを特徴とする請求項２０に内燃機関システム。
【請求項２２】
始動制御ロジックは、さらに、内燃機関の燃焼安定性が向上するようにエンジン燃料を増量させ、始動段階の少なくとも一部におけるオルタネータ負荷の制御は、エンジン速度フレアーを制御するべく、オルタネータの電力出力を増加することを含むことを特徴とする請求項２０に内燃機関システム。
【請求項２３】
始動段階の少なくとも一部において、内燃機関を制御する方法であって、
始動段階を開始するために、内燃機関をクランキングし、
エンジン速度のフレアーを制御するべく、オルタネータ負荷を制御することを特徴とするエンジン制御方法。
【請求項２４】
前記始動段階の少なくとも一部において、オルタネータの電力出力が増加されるように、オルタネータ負荷を制御することを特徴とする請求項２３に記載のエンジン制御方法。
【請求項２５】
前記始動段階の少なくとも一部において、エンジンを始動する際に使用されたエネルギーが少なくとも部分的に回復されるように、オルタネータ負荷を制御することを特徴とする請求項２３に記載のエンジン制御方法。
【請求項２６】
前記始動段階の少なくとも一部は、始動段階においてフレアーが生じる部分であり、その始動段階のフレアーが生じる部分において、オルタネータ負荷が動的に制御されることを特徴とする請求項２３に記載のエンジン制御方法。
【請求項２７】
始動段階のフレアーが生じる部分以前の、始動段階の初期部分において、オルタネータ負荷を少なくとも１つの所定値に設定することを特徴とする請求項２６に記載のエンジン制御方法。
【請求項２８】
始動段階のクランキング部分においてオルタネータ負荷を低い値に設定し、始動段階のフレアーが生じる部分以前の、始動段階の最初の燃焼部分において、オルタネータ負荷を増加することを特徴とする請求項２６に記載のエンジン制御方法。
【請求項２９】
前記低い値のオルタネータ負荷は、実質的に零レベルのオルタネータ負荷であることを特徴とする請求項２８に記載のエンジン制御方法。
【請求項３０】
始動段階の最初の燃焼部分とフレアーが生じる部分との間は、始動段階のエンジン回転の上昇する部分において増加された値にオルタネータ負荷を維持することを特徴とする請求項２８に記載のエンジン制御方法。
【請求項３１】
始動段階のフレアーが生じる部分の後、始動段階のオルタネータ負荷の制御に続く標準制御ロジックに引き継ぐ前の、始動段階の引継ぎ部分において、オルタネータ負荷を低下させることを特徴とする請求項２６に記載のエンジン制御方法。
【請求項３２】
目標速度値、測定されたエンジン速度値、及び経過時間に応じて、トルク要求信号を発生し、そのトルク要求信号、オルタネータ速度値、オルタネータデューティ値、及びオルタネータ電圧値に基づきオルタネータ負荷を制御するための目標オルタネータ電圧信号を決定することを特徴とする請求項２３に記載のエンジン制御方法。
【請求項３３】
内燃機関の燃焼安定性が向上するように点火時期を変更し、前記オルタネータ負荷の制御は、エンジン速度フレアーを制御するためにオルタネータの電力出力を増加させることを含むことを特徴とする請求項２３に記載のエンジン制御方法。
【請求項３４】
前記点火時期は、燃焼安定性を向上するために進角されることを特徴とする請求項３３に記載のエンジン制御方法。
【請求項３５】
内燃機関の燃焼安定性が向上するように点火時期を変更し、エンジンを始動するために使用されるエネルギーが少なくとも部分的に回復されるように、始動段階の少なくとも一部においてオルタネータ負荷が制御されることを特徴とする請求項２３に記載のエンジン制御方法。
【請求項３６】
前記点火時期は、燃焼安定性を向上するために進角されることを特徴とする請求項３５に記載のエンジン制御方法。
【請求項３７】
内燃機関の燃焼安定性が向上するようにエンジン燃料を増量し、前記オルタネータ負荷の制御は、エンジン速度フレアーを制御するためにオルタネータの電力出力を増加させることを含むことを特徴とする請求項２３に記載のエンジン制御方法。
【請求項３８】
内燃機関の燃焼安定性が向上するようにエンジン燃料を増量し、エンジンを始動するために使用されるエネルギーが少なくとも部分的に回復されるように、始動段階の少なくとも一部においてオルタネータ負荷が制御されることを特徴とする請求項２３に記載のエンジン制御方法。
【請求項３９】
始動段階において、内燃機関を制御する方法であって、
始動段階を開始するために、内燃機関をクランキングし、
エンジンを始動するために使用されたエネルギーを少なくとも部分的に回復するべく、オルタネータ負荷を制御することを特徴とするエンジン制御方法。
【請求項４０】
内燃機関の燃焼安定性が向上するように点火時期を進角させ、前記オルタネータ負荷の制御は、エンジン速度フレアーを制御するために、前記始動段階の少なくとも一部においてオルタネータの電力出力を増加させることを含むことを特徴とする請求項３９に記載のエンジン制御方法。
【請求項４１】
内燃機関の燃焼安定性が向上するようにエンジン燃料を増量し、前記オルタネータ負荷の制御は、エンジン速度フレアーを制御するために、前記始動段階の少なくとも一部においてオルタネータの電力出力を増加させることを含むことを特徴とする請求項３９に記載のエンジン制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のエンジンフレアーを制御するエンジンマネジメントシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の始動段階において、エンジン回転が最初に立ち上がってから、通常、初めの数秒間のうちに定常的なアイドル状態に戻る。これは、“フレアー”として知られている現象である。フレアーは、多くの要因によって生じるが、発火可能な十分にリッチな混合気を得るために、直近に回転されておらず、比較的冷やされているエンジンの機関燃焼室（例えば、シリンダーベースエンジンのシリンダー）に閉じ込められている空気に見合うように、通常、アイドル時に供給されるよりも多くの量の燃料を供給することが必要であることに関係している。一旦、エンジンが点火すると、燃焼室に供給されている、燃料が増量された空気／燃料の混合気は、エンジンを急激に加速させる。これがフレアーを引き起こし、エンジンが始動して通常のアイドル回転速度となる際に、エミッション、ノイズ、及び燃料消費量の増加を招く。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そのため、それらの問題を低減するために、エンジンの始動段階において、フレアーをより上手く制御することが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、エンジンマネジメントシステムが提供され、そのエンジンマネジメントシステムは、内燃機関の始動段階において、エンジン回転速度のフレアーを抑制するようにオルタネータの負荷を制御するよう動作する始動制御ロジックを備える。
【０００５】
少なくとも、始動段階の一部の期間に、オルタネータの負荷を制御することによって、フレアーが減少され、それによりエミッション、ノイズ、及び燃料消費量の低減が達成される。燃焼の安定性を向上するために、エンジンの点火時期が進角され、あるいはエンジンの燃料が増量されるときでさえ、フレアー速度は、始動段階の少なくとも一部の期間にオルタネータの負荷を制御することによって、低減され得る。すなわち、（例えば、スパーク点火エンジンにおいて）点火時期を進角させること、（例えば、ディーゼルエンジンにおいて）燃料を増量することは、通常、フレアー速度を増加させる結果となる。しかしながら、本発明においてオルタネータ負荷を制御することにより、フレアー速度が制御可能となり、フレアー速度を低減できる。このようにして、エンジン回転速度のフレアーを低減するだけでなく、向上された燃焼の安定性から得られる利益も享受できる。さらに、オルタネータによって始動エネルギーの回収量を増加できるといったその他の利益も享受可能である。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、エンジンマネジメントシステムが提供され、そのエンジンマネジメントシステムは、内燃機関の始動段階において、エンジンを始動するために使用されるエネルギーが少なくとも部分的に回収され、例えば車両のバッテリに蓄えられるようにオルタネータの負荷を制御するよう動作する始動制御ロジックを備える。
【０００７】
内燃機関、例えばスパーク点火エンジン又は圧縮点火エンジンは、このようなエンジンマネジメントシステムを備えることができる。また、このようなエンジンマネジメントシステムを備えた内燃機関を含む車両が提供される。
【０００８】
本発明のその他の態様は、そのようなエンジンマネジメントシステムを動作させる方法、及びその方法を実行させるコンピュータプログラムを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の好例となる非制限的な実施形態が、添付図を参照しつつ、例として説明される。以下、オルタネータが、内燃機関の始動段階において、フレアーを制御し、エネルギーを回収するために使用される実施形態について説明する。
【００１０】
図１は、内燃機関１２及びエンジン制御ユニット１８を含むエンジンマネジメントシステムを有する車両１０の概略図である。
【００１１】
内燃機関１２は、トランスミッション１４を介して車両の駆動輪１６に接続されている。本例では、車両が、前輪駆動車両として示されている。しかしながら、本発明は、他の実施形態において、後輪駆動車両や全輪駆動車両に適用され得ることが理解されるべきである。
【００１２】
バッテリ２０は、車両システムにおいて、電気エネルギーの蓄電のために用いられる。本例では、単一のバッテリ２０が設けられている。しかしながら、他の例による車両では、同様のもしくは異なる目的に供されるように、２個以上のバッテリが設けられても良い。例えば、車両はハイブリッド車両であって、複数のバッテリがハイブリッドシステムにおける電気モータを駆動するための電気エネルギーの蓄電のために設けられても良い。
【００１３】
エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１８を含むエンジンマネジメントシステムが設けられている。ＥＣＵ１８は、プログラム可能なＥＣＵであって、例えば、１つもしくはそれ以上の制御プログラムによって制御される、１個もしくはそれ以上のマイクロコントローラ、及び／又はマイクロプロセッサを含んでいる。ＥＣＵ１８は、制御パラメータを検出し、内燃機関システムを制御するために、種々のセンサ及び制御メカニズムに接続されている。例えば、ＥＣＵ１８は、クランクセンサ２８からの信号を受信し、またオルタネータ３０と信号を送受信するように接続されている。ＥＣＵ１８は、車両１０におけるより多くのシステムやセンサと接続され得ることが理解されるべきである。
【００１４】
図１には、内燃機関１２を始動することが望ましいときにオンされるスタータリレー２２が示されている。スタータリレー２２は、例えばイグニッションキーを回したり、始動ボタンを押したりすることによって、ユーザにより手動でオンされる。いくつかの実施形態では、スタータリレー２２は、例えば、内燃機関が始動される必要が生じたハイブリッド車両において、自動的にオンされ得る。スタータリレー２２をオンすると、内燃機関１２をクランキング、すなわち回転させるために、スタータ２４はバッテリ２０から電力を引き出す。
【００１５】
スタータ２４によって内燃機関１２をクランキングしたとき、ＥＣＵ１８からの制御信号と共同して、詳しくは後述するように、内燃機関１２のエンジン制御における始動段階が生じる。
【００１６】
図１には、内燃機関１２によって駆動され、バッテリ２０を再充電するための電気エネルギーを発生するために用いられるオルタネータ３０も示されている。オルタネータ３０は、後述するように、ＥＣＵ１８の制御下にある。
【００１７】
図２は、オルタネータ３０の概略図である。図２に示されるように、オルタネータ３０は、内燃機関１２により、ベルト、チェーン、ギヤ装置、又はダイレクトドライブによって駆動される駆動ホイール４２により回転駆動されるロータ３２を有する。ステータ３４，３５と組み合わされたロータ３２の回転は、電気エネルギーを発生させ、それは、負に接地された車両１０において、接地端子３６と正の出力端子３８間の出力電圧及び電流として現れる。ロータ３２の動作は、レギュレータ４６から与えられるパルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号４０によって制御される。
【００１８】
図２に示されるオルタネータ３０は、さらにレギュレータ４６を有し、レギュレータ４６は、制御入力として、ＥＣＵ１８から供給される目標電圧信号５０、及びステータ３８から提供される出力電圧３８に相当するフィードバック電圧４８を受け取る。レギュレータ４６は入力信号に応じて、フィードバック電圧４８と目標電圧５０との間のどのような相違も矯正するようにＰＷＭ制御信号４０を調整する。レギュレータ４６はオルタネータデューティ信号５２も発生し、オルタネータデューティ信号５２は、ＰＷＭ制御信号４０のデューティサイクルを示すものであり、ＥＣＵ１８に与えられる。ロータ３２が回転するには、駆動ホイール４２にトルク４４が印加されることを必要とする。要求されるトルク４４の量は、オルタネータ負荷に相当し、オルタネータ負荷は、オルタネータ３０における内部摩擦と、ロータ３２とステータ３４，３５との間に加えられる電磁力とが組み合わされたものである。そのオルタネータ負荷は、後述されるように、ＰＷＭ制御信号４０によって制御可能である。
【００１９】
最初に説明したように、内燃機関の始動段階において、エンジンの燃焼室に閉じ込められている空気に見合うように、多量の燃料が、内燃機関の１以上の燃焼室に供給される。実際上、エンジンの始動時に、スロットル開設定が用いられ、それにより、内燃機関の安定状態のアイドル回転速度に必要とされるよりも多くの量の燃料が供給される。この初期の燃料量は、エンジンの急激な初期加速を可能とするように選ばれる。
【００２０】
しかしながら、エンジンの急激な加速は、通常のアイドル回転速度を超えてエンジンを加速させ、一般的に”フレアー”として知られている現象を生じさせる。従来は、エンジンのフレアーは、例えば、ガソリンエンジンのようなスパーク点火エンジンにおいて点火タイミングを遅角させることによって、及び／又はガソリンエンジンのようなスパーク点火エンジンもしくはディーゼルエンジンのような圧縮点火エンジンにおいて燃料噴射を遅らせることによって、制御されていた。しかし、点火及び／又は燃料噴射時期を遅らせることは、非効率的な燃料の燃焼につながり、内燃機関の始動段階におけるエミッションの増加をもたらす可能性がある。
【００２１】
上述したように、本発明の非制限的な実施形態では、オルタネータ負荷が、フレアーを制御するために使われる内燃機関における負荷を制御するために用いられ、及び／又は内燃機関を始動させるときに、スタータモータによって使われるエネルギーを少なくとも部分的に回収するために用いられる。
【００２２】
図３はＥＣＵ１８の一部を形成し、内燃機関に加えられるオルタネータ負荷を制御し、それによりフレアーを制御するようにオルタネータ３０の動作を制御するために用いられる始動制御ユニット６０の概略図である。始動制御ユニット６０は内燃機関の始動段階において、目標速度６２を達成することを狙いとする方法論に基づいている。この始動速度は、トルク要求コントローラを形成するトルク要求ロジック６４への入力パラメータとして用いられる。トルク要求ロジック６４は、入力として、例えばＥＣＵ１８のパラメータ記憶部から目標エンジン速度値６２、例えばクランクセンサ２８の信号から得られる現在のエンジン速度値６６、及び例えばＥＣＵ１８の実時間クロックから得られる、最初のクランキングからの時間６８を受け取る。
【００２３】
トルク要求ロジック６４は、オルタネータ３０の応答が、要求から遅れるので、開始されたクランキング（すなわち、スタータモータの始動）からの経過時間に基づいてフィードフォワードの分布７０を与えるマップを含む。トルク要求の分布７０は図４に詳細に表されている。
【００２４】
図４は、トルク９２とクランキング（すなわち、最初のスタータモータの始動）からの時間との関係を表している。図４には、フィードフォワードトルクの図線９６と比例制御トルクの図線９８が示されている。この例において、フィードフォワードトルクの図線９６と比例制御トルクの図線９８とは、図４に示される分岐の期間を除き、同一である。図４から分かるように、始動段階の最初の部分１００では、低トルク（本例では、実質的に零トルク、つまり、実質的に零オルタネータ負荷であり、それは零オルタネータデューティに等しい）がオルタネータ３０によって提供され、エンジンのクランキング及び最初のエンジンの始動を促進する。
【００２５】
本例ではおよそ０．２５秒後の、始動段階の第２の部分１０２で、エンジンの最初の点火の間に、トルクが、増加されたトルク値、すなわちオルタネータ負荷まで上昇される。例えば、これは、最大値である１００％のオルタネータデューティ、又はその他のデューティ値（例えば８０％又は８５％のオルタネータデューティ）に等しい。
【００２６】
本例ではおよそ０．３秒〜０．９秒の間の始動段階の第３の部分１０４において、トルク、つまりオルタネータ負荷が、エンジン回転の上昇の間（すなわち、エンジンが、スタータモータの回転が無くても、自己保持できる速度まで上昇するとき）に、一定値（例えば、上述した増加された値）に保持される。
【００２７】
本例ではおよそ０．９秒〜１．８秒の間の、次の、始動段階のフレアー部分１０６では、トルクの比例制御が行なわれる。この時期には、トルク要求ロジック６４は、少なくとも現在のエンジン速度と目標エンジン速度に応じて、動的にオルタネータ負荷を制御するために用いられるトルク要求信号を発生するためのフィードフォワード値を動的に決定する。
【００２８】
本例ではおよそ１．８秒〜２．８秒の間の、最後の、始動段階の引継ぎ部分１０８において、トルクが、通常のエンジン作動における標準的なオルタネータ制御へと引き継がれるまで、低下される。図４に示されるように、引継ぎ段階１０８においては、フレアーが完了した後に、フィードフォワードトルク要求が低下される。バッテリ電圧が、換算閾値よりも低下したとき、オルタネータは通常のエンジンマネジメントシステムの制御に戻される。これは、フレアー制御からエンジンマネジメントシステムの制御への引継ぎにおいて、円滑なトルクと電圧の引渡しを可能とする。この点に関して、通常のエンジンマネジメントシステムの制御は、目標バッテリ電圧を発生し、これにより、使用されるトルク及びオルタネータ負荷がエンジンマネジメントシステムにより計算され、スロットル及び点火制御が、利用可能な制動トルクにおける減少を補正することを許容することに注意すべきである。
【００２９】
また、図４に示されたタイミングは、内燃機関の一例のための例示にすぎないことも理解されるべきである。そのタイミングはエンジンの種類（スパーク又は圧縮点火）や、エンジンの内部圧縮、シリンダー数などその他の多くの要因に依存して変動する。
【００３０】
図３に戻って、本発明の実施形態においては、フィードフォワードトルク分布が、目標速度からのエンジン速度誤差に基づき、比例項によって減少される。この分布は、トルク要求ロジック６４の一部を形成する、比例−積分―微分コントローラ（ＰＩＤコントローラ）を用いて、エンジン速度分布に応じてオルタネータトルク要求を修正するために使用される。ＰＩＤコントローラは、計測されたエンジン速度値と目標エンジン速度値との誤差を動的に修正し、記憶されたプロセスマップに応じてトルク要求信号を調整しようとする制御ループのフィードバックメカニズムを提供する。ＰＩＤコントローラの計算は、３つの独立したパラメータである、比例値、積分値、及び微分値を含む。比例値は、現在の誤差に対する応答を決定し、積分値は、最近の誤差の合計に基づく応答を決定し、微分値は、誤差が変化した割合に対する応答を決定する。それらの３つの応答の重み付けされた合計がトルク要求信号として出力される。
【００３１】
トルク要求ロジック６４の出力は、オルタネータトルクコントローラを形成するオルタネータトルクロジック７４に与えられるトルク要求信号７２である。オルタネータトルクロジック７４は、通常の使用において、目標バッテリ電圧を発生するためにエンジンマネジメントシステムによって用いられるオルタネータトルクモデルを定義するマップを備える。しかし、オルタネータトルクモデルの逆の参照により、トルク要求信号７２を用いて、オルタネータ３０のレギュレータ４６がＰＷＭ制御信号４０を制御し、それによって要求されるトルク４４、つまりオルタネータ負荷を制御することを可能とするように、オルタネータ３０に与えられる目標電圧信号５０が出力され得る。
【００３２】
オルタネータトルクロジック７４は、入力として、オルタネータ速度センサ（図示せず）からオルタネータ速度７６、ステータ３５からフィードバック電圧４８、及びレギュレータ４６からオルタネータデューティ５２を受け取る。
【００３３】
目標電圧信号５０は、何らかの適切な方式で、例えばアナログ又はデジタル信号として、電圧又は電流信号として、あるいは別の通信バスを介して、オルタネータ３０に供給される。目標電圧は、ＰＷＭ制御信号のデューティサイクルを変化させることによって達成される。もしＰＷＭ制御信号４０が永久的に高い（すなわち、１００％オルタネータデューティ）と、そのとき、最大可能電力（電圧×電流）が発生され、その一方、もしＰＷＭ制御信号４０が、例えば５０％デューティサイクルを有すると、そのとき、より低い量の電力（電圧×電流）がオルタネータによって発生される。もしＰＷＭ制御信号４０が常に低いままであると、それは、零オルタネータデューティを与える。なお、図４を参照すると、始動段階の第３の部分１０４において、例として維持されている最大トルク値は、例えば１００％のデューティサイクルよりも低く、例えばそれぞれ８０％又は８５％のオルタネータデューティを提供する８０%又は８５％デューティサイクルを表していることに注意されるべきである。
【００３４】
ＰＷＭ信号は、システム電圧が安全動作限界を超えてしまうことを防止するために制御される。公称１２Ｖシステムでは、これが、例えば１５Ｖに設定される。電圧限界を高めることで、オルタネータにより多くの電力を発生させることができるが、車両システムに適した電圧を供給するためにＤＣ／ＤＣコンバータが必要になる。
【００３５】
車両システムでは、オルタネータは、一般的に、エンジンが次に停止される前に、例えば、通常動作の間にバッテリを再充電することによって、エンジンが始動されるときに使用される電力を元に戻すために使用される。しかし、本発明の実施形態では、上述したフレアー制御方法の結果として、その電力をより効率的に回復させることが可能である。
【００３６】
図５は、フレアー制御を実行した際の、エンジン始動の間に発生されるオルタネータの電力を示すものである。これが、エンジン速度に対して有する効果も示されている。特に、１２０は、内燃機関の始動段階において電気エネルギー（Ｗ）信号１２２の図線を示しつつ、オルタネータデューティの図線１２４と対比して示されている。図５において見られるように、本発明の実施形態では、期間１２６において、内燃機関を始動するために電気エネルギーが使用される。しかしながら、期間１２８では、オルタネータ負荷の使用により、エネルギー１３０の量の回復を達成しており、その回復されるエネルギーは、図５のセクション１４０に示されるように、エンジンに負荷を加え、エンジンの速度を低減するために使用されている。図線１４２は、オルタネータフレア制御が動作したときの実際のエンジン速度の一例を表しており、オルタネータ制御によるフレアー制御を行なわないときに予想されるエンジン速度１４４と対比して示されている。
【００３７】
式１，２及び３は、図５に示された比率計算を数学的に記述したものである。
【００３８】
以下の式１は、エンジンを始動するために使用される電力を定義する。
【００３９】
【数１】
2009052550.tif 000003
【００４０】
以下の式２は、オルタネータによって発生され、フレアー制御の間にバッテリに蓄積される電力を定義するものである。オルタネータによって発生される電気エネルギーのバッテリでの化学エネルギーへの変換が１００％の効率では行なわれないので、効率項（Efficiency）が必要となる。
【００４１】
【数２】
2009052550.tif 000004
以下の式３は、各エンジン始動の間の再生率（回復される電力のパーセンテージ）を計算するものである。
【００４２】
【数３】
2009052550.tif 000005
【００４３】
図６は、上述したフレアー制御方法を用いた際の再生率の一例を示すものである。充電効率を８０％と仮定すると、およそ１８．７５Ｖの最大オルタネータ電圧が、フレアーの間にすべてのエネルギーが回復されることを許容する（再生率は１００％に等しい）。公称１２Ｖ供給の車両では、電気部品に対するダメージのリスクなく、これを達成するために、車両システムに適切な電圧を供給するためのＤＣ／ＤＣコンバータが採用される。
【００４４】
内燃機関の燃焼の安定性を向上することは有益である。内燃機関の燃焼安定性が向上すると、エンジンからの有害なエミッションの量を低減できる。向上された燃焼安定性の利益を享受すべく、エンジンの基本点火時期及び／又はエンジンへの燃料量が変更されても良い。具体的には、点火時期は進角され、及び／又は燃料量（例えば、ＥＣＵ１８によって制御される燃料インジェクタを通じてエンジンに供給される燃料）は増加されることが好ましい。（例えば、スパーク点火エンジンにおいて）点火時期を進角させること、又は（例えば、ディーゼルエンジンにおいて）燃料を増加させることは、向上された燃焼安定性の利益を与えるが、その一方で、一般的に、エンジンフレアー速度の増加という不利益も生じさせる。
【００４５】
本発明の実施形態では、図５において見られるように、セクション１５０が、内燃機関の始動段階における、スパーク点火エンジンの点火時期１５２の一例を表している。本実施形態では、期間１２８において、目標レベル１５６（例えば、本例では９００ｒｐｍ）までエンジン速度を増加させるために点火時期１５４を進角することができる。点火時期１５４を進角させること、及び／又はエンジンへの燃料を増加することによって、本発明の実施形態では、エンジンのフレアー速度が制御され得るように、オルタネータデューティが点線１５８によって示されるように制御されることが可能となる。エンジンフレアー速度を制御するために必要となるオルタネータデューティの増加は、点線１６０によって示されるように、回復される電気エネルギーを増加させる。このように、２つの事象の最適化が達成される。すなわち、本発明の実施形態は、エンジンフレアー速度を増加させることなく、向上された燃焼安定性及びそれに関連する利益である、例えば有害なエミッションの量の低減を達成できる。さらに、点線１５４によって示されるように点火時期を進角させ、及び／又はエンジンへの燃料を増加させ、かつ点線１５８によって示されるようにオルタネータ負荷を適切に制御することにより、内燃機関の始動プロセスにおいて、オルタネータ３０によって回復されるエネルギーの量が増加される。その上、エンジンフレアー速度の減少は、ノイズの減少をもたらす。
【００４６】
上述したように、トルク要求コントローラ６４は、入力パラメータとして、エンジンの速度６６を受け取る。エンジンの始動速度が目標アイドル速度を超えると、トルク要求コントローラ６４は、ＰＩＤ制御及び始動エンジン速度を用いてオルタネータトルク要求７２を決定する。このオルタネータトルク要求７２は、最終的には、増加されるオルタネータデューティを決定するために、オルタネータ３０によって使用され、そのオルタネータデューティの増加はオルタネータ負荷を増加させ、それによりエンジン速度のフレアーの間にエンジン負荷を増加させる。その結果、エンジンのフレアー速度は低減される。
【００４７】
オルタネータトルクロジック７４は、トルク要求コントローラ６４からトルク要求７２（フィードフォワードとＰＩＤトルク要求）を受け取る。エンジンマネジメントシステムは、オルタネータ３０に目標電圧信号５０を出力するために、オルタネータトルクロジック７４のオルタネータトルクモデルを用いる。オルタネータ３０は、通常よりも小さなプーリー、又は大きなギヤ減速を有し、低速でのより高いトルクを許容する。オルタネータ３０に与えられる目標電圧信号５０により、オルタネータ３０のレギュレータ４６は、トルクを調節するためのＰＷＭ信号４０のデューティ制御を通じてオルタネータ３０を制御することが可能になる。具体的には、ＰＷＭ制御信号４０のデューティは、図５の信号１２４に示される様式で増加される。増加されたオルタネータデューティは、オルタネータ３０からの出力電力を増加させ（すなわち、電圧及び電流が増加される）、かつエンジン負荷を増加させる。制御されたオルタネータデューティは、それゆえ、エンジン速度のフレアーの間に、オルタネータ３０の出力電力及びエンジン負荷を増やす。従って、エンジン点火時期が進角され、及び／又はエンジン燃料が増量されたときでさえ、エンジンの始動段階においてオルタネータ３０からの電力を増加させるオルタネータ負荷の増加が、エンジン速度フレアーを低減し、それによりノイズを減少する。始動のために進角された基本点火時期、及び／又は増量された燃料により、オルタネータ及びエンジン負荷を増やすオルタネータデューティ制御を通じてフレアー速度の上昇を招くことなく、燃焼の安定性やより低減されたエミッションなどの関連する利益がもたらされる。
【００４８】
図７は、ＥＣＵ１８において採用される、２つのオルタネータ制御方法の概略図である。図７の左サイドにおいて、参照番号６０が、図３〜５を参照して説明されたエンジン始動制御を表しており、右サイドの参照番号１６０が、エンジン始動制御ロジックのトルク要求ロジック６４及びオルタネータトルクロジック７４を用いずに、目標電圧１６２を達成するためにＰＷＭ制御信号がセットされる通常のオルタネータ制御を表している。
【００４９】
以上、始動段階を開始するために内燃機関をクランキングし、始動段階の少なくとも一部において、内燃機関における負荷を動的に調節するために用いられるオルタネータ負荷を制御し、それにより、エンジン速度フレアーを制御し、及び／又は内燃機関を始動するために使用されたエネルギーの少なくとも一部の回復を可能とする、始動段階における内燃機関を制御するエンジンマネジメントシステム及び方法が説明された。本発明の実施形態では、フレアー速度の増加との、通常、対抗する不利益を生じることなく、エンジンを始動するための点火時期を進角でき、及び／又はエンジン燃料が増量できる。さらに、本実施形態において、燃焼の安定性を向上するために、点火時期を進角させ、及び／又は燃料を増量させることにより、内燃機関を始動するために使用されたエネルギー量をより多く回復することができる。
【００５０】
本発明の実施形態は、そのような方法を実行するように、エンジンマネジメントシステムのＥＣＵを制御するためのコンピュータプログラムの形態のコンピュータプログラム製品も提供することができる。コンピュータプログラムは、例えばコンピュータで読み出し可能な媒体である、キャリア媒体に装備され得る。キャリア媒体は、半導体、磁気、光、光磁気、又はその他の記憶媒体のような記憶媒体である。キャリア媒体は、同報通信、電話方式、コンピュータネットワーク、有線、無線、電気、電磁気、光、もしくはいずれかの他の伝送媒体のような伝送媒体であっても良い。
【００５１】
上述したように、エンジンフレアーの制御が可能なことに加え、本発明の実施形態は、内燃機関をクランキングするためにスタータモータによってバッテリから引き出された電気エネルギーの少なくとも一部の回復が可能である。
【００５２】
また、上述したように、以前の内燃機関システムでは、点火及び／又は燃料噴射タイミングが、エンジンフレアーの少なくとも部分的な制御を行なうために遅らされていた。本発明の実施形態では、点火及び／又は燃料噴射の遅れの程度を低減させ、あるいは排除することが可能であるため、燃焼を改善し、燃料消費、エンジンノイズ、及びエミッションを減少させることができる。
【００５３】
上記の実施形態はかなり詳細に説明されたが、上記の説明が十分に理解されたならば、当業者にとって多くの変形や変更が明白となるであろう。請求の範囲は、そのような変形や変更のすべて、さらにそれらの均等物をも含むように解釈されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】内燃機関及びエンジンマネジメントシステムを有する車両の概略図である。
【図２】オルタネータの概略図である。
【図３】オルタネータを制御するための、エンジン制御ユニットの制御ロジックを示す概略ブロック図である。
【図４】一例としてのトルク制御図である。
【図５】フレアー制御のためにオルタネータを用いた際のエネルギーの回復の一例を示す図である。
【図６】フレアー制御のためにオルタネータを用いた際のエネルギーの再生率を示すグラフである。
【図７】エンジン制御ユニットの異なる動作モードを示す概略ブロック図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０  車両
１２  エンジン
１８  エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）
２０  バッテリ
２２  スタータリレー
２４  スタータ
３０  オルタネータ
【図１】
2009052550.tif 000006
【図２】
2009052550.tif 000007
【図３】
2009052550.tif 000008
【図４】
2009052550.tif 000009
【図５】
2009052550.tif 000010
【図６】
2009052550.tif 000011
【図７】
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