JP6562604B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関及び発電機を備えた車両の制御装置に関するものである。

内燃機関を搭載した車両において、内燃機関の出力する駆動力により発電機を作動させ、この発電機が発電する電力を車両の電装系に供給することが通例である（例えば、下記特許文献１参照）。

電気負荷が増加するとき、例えば、ヘッドランプ等の照明灯が点灯されたり、電動ファンが起動したり、エアコンディショナが稼働を開始したりしたときには、電力消費の増大に起因して、電源となる蓄電装置（バッテリやキャパシタ）の端子電圧（特に、バッテリ電圧）の降下が生じる。これに対し、発電機に付帯するコントローラまたはレギュレータは、蓄電装置の端子電圧または発電機の出力電圧を与えられた目標電圧に維持するべく、発電機による発電量を増加させる制御を行う。

発電機による発電量の増加、換言すれば発電機のコイルを流れる励磁電流の増大が急峻であると、内燃機関に対する発電機の機械的な負荷が急増して、エンジン回転が不安定化する。そこで、既知の発電機のコントローラまたはレギュレータには、電気負荷の増加に対して励磁電流を徐々に増大させる、いわゆる徐励機能が備わっている。

特開２０１４−１０１８４７号公報

従来、徐励による励磁電流の増大の速度は、コントローラまたはレギュレータの仕様により一意に定められていた。このため、内燃機関がアイドリングまたはアイドリングに近い低負荷運転を行っている場合に、発電機による発電量が急速に増加して内燃機関に一時的に負荷が集中し、好ましからぬエンジン回転数の低落やハンチング等を引き起こしてしまう懸念が依然として残っている。

無論、内燃機関のアイドリングないし低負荷運転の安定性に重きを置いて、発電機のコントローラまたはレギュレータの徐励機能における励磁電流の増大速度を予め小さく設計しておくことも考えられる。しかしながら、エンジンストールの危険に乏しい中高負荷ないし中高回転の運転領域にあっては、電気負荷の増加に対して徒に発電量の増大を遅らせることになってしまい、蓄電装置（鉛バッテリ等）の寿命の短命化や電装系の作動の不安定化といった別種の問題を招来しかねない。

以上の点に着目してなされた本発明は、発電機による発電量の増大に伴うエンジン回転の不安定化を適切に抑制することを所期の目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち本発明に係る車両の制御装置は、内燃機関及び当該内燃機関により駆動されて発電する発電機を搭載した車両の制御装置であって、発電機のコイルを流れる励磁電流の許容される上限値を発電機に対して指令できるものであり、発電機による発電量が増加する状況下において、励磁電流について一定の上限値を発電機に対して指令するか、または徐々に増大する上限値を発電機に対して指令するかを、内燃機関の運転状態に応じて選択することとし、徐々に増大する上限値を発電機に対して指令する場合、単位時間あたりの上限値の増分を、燃料カット中は平時における徐励機能による励磁電流の増大速度よりも小さくし、さらに、アイドルないし低負荷運転時は燃料カット中よりも小さくすることを特徴とする。

このようなものであれば、発電機に起因する機械的負荷の上昇に内燃機関の出力上昇が間に合わず、不必要なエンジン回転数の低下やハンチングを招来してしまうという不具合を有効に回避することができる。換言すれば、発電機による発電量の増大に伴うエンジン回転の不安定化を適切に抑制することができる。その結果、安定した内燃機関の駆動と発電機の高い充電効率とを両立させることができる。

本発明によれば、発電機による発電量の増大に伴うエンジン回転の不安定化を適切に抑制することにより安定した内燃機関の駆動と発電機の高い充電効率とを両立させることができる車両の制御装置を提供することができる。

本発明の一実施形態における内燃機関の概略構成を示す図。 同実施形態における内燃機関とＩＳＧとの接続の態様を模式的に示す図。 車両に実装された各種の電気負荷を制御するための電気回路を示す図。 同実施形態におけるＩＳＧの電気回路を示す図。 本発明の一実施形態における駆動系の概略構成を示す図。 同実施形態における励磁電流の値及びその上限値を模式的に示す図。 同実施形態におけるタイミングチャート。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に示す車両用内燃機関１００は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

外部ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものである。ＥＧＲ装置２は、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。

図２に示すように、本実施形態における内燃機関１００には、スタータモータ（セルモータ）１４０、ＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ。または、モータジェネレータ）１１０及びコンプレッサ１３０その他の補機が付随している。

スタータモータ１４０は、主として冷間始動時に内燃機関１００のクランクシャフト１０を回転駆動する、クランキング専用の電動機である。スタータモータ１４０は、その出力軸にピニオンギア１４１を有し、このピニオンギア１４１が内燃機関１００の出力軸であるクランクシャフト１０に固定されたリングギア１０３に噛合することで、クランクシャフト１０に回転駆動力を伝達する。ピニオンギア１４１は、スタータモータ１４０による内燃機関１００のクランキング中以外は、リングギア１０３から離脱している。

ＩＳＧ１１０は、クランクシャフト１０ひいては車両の車軸１５３（そして、駆動輪）を駆動する電動機としての機能と、クランクシャフト１０から駆動力の伝達を受けて発電する発電機としての機能とを兼ね備える。ＩＳＧ１１０は、巻掛伝動機構１１２、１１３、１０１を介して内燃機関１００のクランクシャフト１０の一端側と接続している。

ＩＳＧ１１０は、例えばインナーロータ方式の交流同期機であり、永久磁石及びロータコイル（励磁（界磁）巻線）１１６を両備したロータ（回転子）と、ロータの外周面に対向する三相交流のステータコイル（固定子巻線）１１５を備えたステータ（固定子）とを要素としてなる。ロータは、ロータ軸１１１の外周に固着している。ロータ軸１１１及びクランクシャフト１０には、それぞれプーリ（または、スプロケット）１１２、１０１が固着しており、これらプーリ１１２、１０１に巻き掛けたベルト（または、チェーン）１１３により、クランクシャフト１０とロータ軸１１１との間で相互に（双方向に）回転駆動力を伝達する。

ＩＳＧ１１０は、主としてアイドルストップした内燃機関１００の再始動時や、車軸１５３に供給する走行駆動力を増強する（特に、加速中や登坂中の）モータアシスト時に、車載の蓄電装置６１から電力の供給を受けてクランクシャフト１０を回転駆動する。蓄電装置６１は、バッテリ及び／またはキャパシタを含む。翻って、クランクシャフト１０により回転駆動されて発電する場合には、その発電した電力を同蓄電装置６１に充電する。車両が減速する際には、ＩＳＧ１１０による回生制動を行い、車両の運動エネルギを電気エネルギとして回収することができる。

エアコンディショナの冷媒圧縮用のコンプレッサ１３０もまた、ＩＳＧ１１０と同様、巻掛伝動機構１０２、１３４、１３３を介して内燃機関１００のクランクシャフト１０の一端側と接続している。コンプレッサ１３０の入力軸１３２及びクランクシャフト１０には、それぞれプーリ（または、スプロケット）１３３、１０２が固着しており、これらプーリ１３３、１０２に巻き掛けたベルト（または、チェーン）１３４によって、クランクシャフト１０から入力軸１３２に回転駆動力を伝達する。ベルト１３４は、コンプレッサ１３０以外の補機である潤滑油ポンプ（図示せず）や冷却水ポンプ（図示せず）等にも駆動力を伝達することがある。なお、コンプレッサ１３０の本体と入力軸１３２との間には、断接切換可能なマグネットクラッチ１３１を設けており、エアコンディショナを稼働しないときには当該クラッチ１３１を切断する。

内燃機関１００と車軸１５３とを繋ぐ駆動系たるトランスミッション１２０は、クランクシャフト１０の他端側に設置する。

車両には、各種の電気負荷が実装されている。電気負荷の具体例としては、エアコンディショナの送風用ブロワ、リアガラスの曇りを取るデフォッガ、オーディオ機器、カーナビゲーションシステム、照明灯（ヘッドランプ、テールランプ、ストップランプ（ブレーキランプ）、フォグランプ、ウィンカ（ターンシグナルランプ）等）、内燃機関の冷却水を空冷するラジエータのファン、電動パワーステアリング装置、等が挙げられる。

図３に、電気負荷を制御するための電気回路を示している。既に述べた通り、内燃機関のクランクシャフト１０と冷媒圧縮用コンプレッサ１３０との間には、マグネットクラッチ１３１が介在している。エアコンディショナを稼働するときには、マグネットクラッチ１３１に通電して当該クラッチ１３１を締結する。エアコンディショナを稼働しないときには、マグネットクラッチ１３１に通電せず、当該クラッチ１３１を切断する。マグネットクラッチ１３１への通電及びその遮断は、リレースイッチ６２のＯＮ／ＯＦＦによって行う。

送風用ブロワを回転駆動するモータ６３や、デフォッガとしてリアガラスに敷設された電熱線ヒータ６５は、蓄電装置６１（または、ＩＳＧ１１０）から電力供給を受けて作動する。モータ６３やヒータ６５への通電及びその遮断は、リレースイッチ６４のＯＮ／ＯＦＦ、または半導体スイッチング素子（パワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ等に代表されるパワーデバイス（電力用半導体素子））６６の点弧／消弧によって行う。

オーディオ機器やカーナビゲーションシステム、照明灯、ラジエータファンを回転駆動するモータその他の電気負荷についても、上記と同様である。

図４に、発電機として働くＩＳＧ１１０の等価回路を示す。ＩＳＧ１１０を発電機として動作させる場合、三相コイルであるステータコイル１１５には三相交流の誘起電流が発生する。この誘起電流は、ダイオードを用いた整流器１１３によって直流電流とした上で蓄電装置６１や電気負荷に供給する。

ＩＳＧ１１０に付帯するコントローラ１１４は、本実施形態の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０から発される、ＩＳＧ１１０の出力電圧の目標値を指令する制御信号ｎを受け付ける。そして、その指令された目標電圧に蓄電装置６１の端子電圧（換言すれば、電装系に供給する電源電圧）を追従せしめるべく、半導体スイッチング素子１１９をスイッチ動作させてロータコイル１１６に印加する励磁電流の大きさを調節するＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を実施する。ＩＳＧ１１０の出力電圧即ちステータコイル１１５に誘起される発電電圧は、ロータコイル１１６を流れる励磁電流が大きいほど大きくなる。

発電機として作動するＩＳＧ１１０は、内燃機関１００から見れば機械的な負荷となる。ＩＳＧ１１０の出力電圧が蓄電装置６１の端子電圧を超越するとき、蓄電装置６１が充電され、かつＩＳＧ１１０から電気負荷に電力が供給される。つまり、ＩＳＧ１１０がクランクシャフト１０の回転のエネルギを費やして電気エネルギを生成する仕事をする。蓄電装置６１への充電量及び電気負荷への給電量は、ＩＳＧ１１０の出力電圧と蓄電装置６１の端子電圧との電位差に依存する。

逆に、ＩＳＧ１１０の出力電圧が蓄電装置６１の端子電圧に満たないかこれに近いときには、蓄電装置６１が充電されず、またＩＳＧ１１０から電気負荷に電力が供給されない（蓄電装置６１から電気負荷に電力供給されることはある）。つまり、ＩＳＧ１１０がクランクシャフト１０の回転のエネルギを費やす仕事をしないか、またはその仕事が小さくなる。

要するに、ＥＣＵ０からＩＳＧ１１０に高い発電電圧を指令すると、エンジン回転に対するＩＳＧ１１０の機械負荷が増し、低い発電電圧を指令すると、エンジン回転に対するＩＳＧ１１０の機械負荷が減る。

因みに、コントローラ１１４は、電気負荷の増大等に伴いＩＳＧ１１０による発電量を増加させる際、励磁電流をステップ的に急増させるのではなく、励磁電流を徐々に増大させる徐励機能を有する。この徐励機能により、内燃機関１００に対する機械的な負荷の一時的な集中を避け、アイドル運転ないし低負荷運転領域におけるエンジン回転の低落を防いでいる。

また、コントローラ１１４は、ＥＣＵ０から発される、励磁電流の上限値を指令する制御信号ｎを受け付けるとともに、ロータコイル１１６を流れる励磁電流の大きさをセンサ１１７を介して検出し、励磁電流を指令された上限値以下に規制する。励磁電流に上限を設けるのは、内燃機関１００に対する機械的な負荷が過大となってエンジン回転が不安定化することを予防する意図である。故に、例えば、冷媒圧縮用コンプレッサ１３０の作動時と非作動時とでは、前者の方が励磁電流の上限値が低くなる。

励磁電流の上限値へのクリップは、ＩＳＧ１１０の発電電圧の目標電圧値への追従に優先する。つまり、コントローラ１１４は、蓄電装置６１の端子電圧が未だＥＣＵ０から指令された目標電圧未満であるとしても、ロータコイル１１６を流れる励磁電流が既にＥＣＵ０から指令された上限に達している場合には、それ以上励磁電流を増大させない。

他方、ＩＳＧ１１０をクランクシャフト１０を駆動する電動機として動作させる場合には、ロータコイル１１６に所要の励磁電流を通電しつつ、ステータコイル１１５に半導体スイッチング素子を用いたインバータ１１８を介して三相交流電流を印加して、ロータの周囲に回転磁界を発生させる。インバータ１１８の各相のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチはそれぞれ、コントローラ１１４によって点弧／消弧される。

図５に、車両が備える駆動系たるトランスミッション１２０の例を示す。このトランスミッション１２０は、トルクコンバータ７及び自動変速機８、９を備えてなる。特に、本実施形態では、自動変速機８、９の構成要素として、遊星歯車機構を利用した前後進切換装置８、及び無段変速機の一種であるベルト式ＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）９を採用している。

内燃機関が出力する回転トルクは、内燃機関のクランクシャフトからトルクコンバータ７の入力側のポンプインペラ７１に入力され、出力側のタービンランナ７２に伝達される。タービンランナ７２の回転は、前後進切換装置８を介してＣＶＴ９の駆動軸９４に伝わり、ＣＶＴ９における変速を経て従動軸９５を回転させる。従動軸９５の回転は、出力ギア１５１に伝達される。出力ギア１５１は、デファレンシャル装置のリングギア１５２と噛合し、デファレンシャル装置を介して車軸１５３及び駆動輪（図示せず）を回転させる。

トルクコンバータ７は、ロックアップ機構を備える。ロックアップ機構は、この分野では既知のもので、トルクコンバータ７の入力側と出力側とを相対回動不能に締結するロックアップクラッチ７３と、ロックアップクラッチ７３を断接切換駆動するための作動液圧（油圧）を制御するロックアップソレノイドバルブ（図示せず）とを要素とする。ロックアップソレノイドバルブは、制御信号ｔを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。

ＣＶＴ９を搭載した車両においては、車速が所定値（例えば、１０ｋｍ／ｈ）以上である場合、ほぼ常時トルクコンバータ７をロックアップする。車速が所定値以下となれば、トルクコンバータ７のロックアップを解除する。ロックアップ時、ロックアップクラッチ７３はトルクコンバータカバー７４に押し付けられ、トルクコンバータカバー７４と一体となって回転する。ロックアップ時、トルクコンバータ７の入力側（のドライブプレート）に入力された機関のトルクは、トルクコンバータカバー７４からロックアップクラッチ７３を経由してトルクコンバータ７の出力側、ひいては前後進切換装置８に直接伝達される。ロックアップ時、トルクコンバータ７の出力側回転数の入力側回転数に対する比である速度比は１となる。

翻って、非ロックアップ時には、ロックアップクラッチ７３がトルクコンバータカバー７４から離反する。非ロックアップ時、トルクコンバータ７の入力側に入力された機関のトルクは、トルクコンバータカバー７４からポンプインペラ７１、タービン７２へと伝わり、前後進切換装置８に伝達される。非ロックアップ時、トルクコンバータ７の速度比は、駆動状態に応じて１よりも小さくなったり大きくなったりする。

前後進切換装置８は、そのサンギア８１がタービンランナ７２と連絡し、リングギア８２が駆動軸９４と連絡している。プラネタリギア８３１を支持するプラネタリキャリア８３と変速機ケースとの間には、断接切換可能な液圧クラッチたるフォワードブレーキ８４を介設している。また、プラネタリキャリア８３とサンギア８１（または、トルクコンバータ７の出力側）との間にも、断接切換可能な液圧クラッチたるリバースクラッチ８５を介設している。

走行レンジのうちのＤレンジでは、フォワードブレーキ８４を締結し、リバースクラッチ８５を切断する。これにより、トルクコンバータ７の出力軸の回転が逆転されかつ減速されて駆動軸９４に伝達され、前進走行となる。翻って、Ｒレンジでは、リバースクラッチ８５を締結し、フォワードブレーキ８４を切断する。これにより、サンギア８１とプラネタリキャリア８３とが一体的に回転し、トルクコンバータ７の出力軸と駆動軸９４とが直結して後進走行となる。フォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５を断接切換駆動するための作動液圧を制御するソレノイドバルブ（図示せず）は、制御信号ｕを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。

非走行レンジであるＮレンジ、Ｐレンジでは、フォワードブレーキ８４及びリバースクラッチ８５をともに切断する。

ＣＶＴ９は、駆動プーリ９１及び従動プーリ９２と、両プーリ９１、９２に巻き掛けられたベルト９３とを要素とする。駆動プーリ９１は、駆動軸９４に固定した固定シーブ９１１と、駆動軸９１上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ９１２と、可動シーブ９１２の後背に配設された液圧サーボ９１３とを有しており、液圧サーボ９１３を操作し可動シーブ９１２を変位させることを通じて変速比を無段階に変更できる。並びに、従動プーリ９２は、従動軸９５に固設した固定シーブ９２１と、従動軸９５上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ９２２と、可動シーブ９２２の後背に配設された液圧サーボ９２３とを有しており、液圧サーボ９２３を操作し可動シーブ９２２を変位させることを通じてトルク伝達に必要なベルト推力を与える。

走行レンジを操作するべくフォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５に供給される作動液（作動油）、また変速比を操作するべく液圧サーボ９１３、９２３に供給される作動液を吐出する液圧ポンプ（図示せず）は、内燃機関のクランクシャフトからトルクの伝達を受けて稼働する、既知の機械式（非電動式）のものである。この作動液は、トルクコンバータ７に用いられる流体と共通である。

ＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。その入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフト１０の回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ（シフトポジションスイッチ）から出力されるシフトレンジ信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出するセンサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関１００の冷却水温を検出するセンサから出力される冷却水温信号ｆ、ブレーキペダルが踏まれていることまたはブレーキペダルの踏込量を検出するセンサ（ブレーキスイッチやマスタシリンダ圧センサ等）から出力されるブレーキ信号ｇ、蓄電装置６１の端子電圧及び端子電流（特に、バッテリ電圧やバッテリ電流）を検出するセンサから出力される電圧・電流信号ｈ、エアコンディショナや各種電気負荷のそれぞれについてこれを作動させるべきか否かに関する作動要求信号ｍ、ＩＳＧ１１０のコントローラ１１４からもたらされるステータス信号ｓ等が入力される。

作動要求信号ｍは、エアコンディショナや各種電気負荷を作動させることを望む運転者または搭乗者が手動操作する、エアコンディショナまたは電気負荷毎の操作スイッチ（または、コントロールパネル）から発される手動制御信号であったり、オートエアコンシステムを司るオートエアコンＥＣＵ等から発される自動制御信号であったりする。

ステータス信号ｓは、ＩＳＧ１１０に関する各種の情報、例えば回転数や温度、ロータコイル１１６を流れる励磁電流の大きさ、現在の動作モード（即ち、発電しているか、内燃機関１００をクランキングしているか、内燃機関１００をモータアシストしているか、発電機としても電動機としても働かない無負荷状態か）等の情報を含む。

ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、ＩＳＧ１１０のコントローラ１１４に対してこれを制御するための制御信号ｎ、マグネットクラッチ１３１に通電する電気回路上のスイッチ６２に対してクラッチ締結信号ｏ、モータ６３やヒータ６５その他の電気負荷に通電する電気回路上のスイッチ６４、６６に対してスイッチＯＮ信号ｐ、ｑ、ロックアップクラッチ７３の断接切換用のロックアップソレノイドバルブに対して開度制御信号ｔ、フォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５の断接切換用のソレノイドバルブに対して開度制御信号ｕ、ＣＶＴ９に対して変速比制御信号ｖ等を出力する。

制御信号ｎは、ＩＳＧ１１０の動作モードを指示するとともに、発電機として動作させる場合にＩＳＧ１１０から出力させる発電電圧の目標値や、ロータコイル１１６に通電する励磁電流の上限値等を指令する信号である。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関１００の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関１００の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｍ、ｓを入力インタフェースを介して取得し、要求されるスロットルバルブ３２開度、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、エアコンディショナのコンプレッサのＯＮ／ＯＦＦ、各種電気負荷のＯＮ／ＯＦＦ、ＩＳＧ１１０の発電量または出力、トルクコンバータ７のロックアップを行うか否か、自動変速機８、９の変速比等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｎ、ｏ、ｐ、ｑ、ｓ、ｔ、ｕ、ｖを出力インタフェースを介して印加する。

加えて、ＥＣＵ０は、内燃機関１００の始動時、特に冷間始動において、スタータモータ１４０に制御信号ｒを入力し、ピニオンギア１４１をリングギア１０３に噛合させて内燃機関１００のクランキングを行う。

ＥＣＵ０は、所定のアイドルストップ条件が成立したときに、内燃機関１００のアイドル回転を停止させるアイドルストップを実行する。ＥＣＵ０は、ブレーキペダルの踏込量またはマスタシリンダ圧が閾値以上であり（ブレーキペダルが踏まれた）、内燃機関の冷却水温が所定以上に高く、蓄電装置６１の端子電圧が所定以上に高く、ＩＳＧ１１０が実質的に発電しておらず、マグネットクラッチ１３１を切断しており冷媒圧縮用コンプレッサ１３０が稼働しておらず、シフトレンジが走行レンジであり、前回のアイドルストップ終了からある車速以上まで加速した経歴があり、かつ現在の車速がある車速以下である（例えば、車速が１３．５ｋｍ／ｈ以上から１３ｋｍ／ｈまで低下した、または９．５ｋｍ／ｈ以上から７ｋｍ／ｈまで低下した）、といった諸条件がおしなべて成立したことを以て、アイドルストップ条件が成立したものと判断する。

アイドルストップ条件の成立後、所定のアイドルストップ終了条件が成立したときには、内燃機関１００を再始動する。ＥＣＵ０は、ブレーキペダルの踏込量またはマスタシリンダ圧が０または０に近い閾値未満となった（ブレーキペダルが踏まれなくなった）、逆にブレーキペダルの踏込量またはマスタシリンダ圧がさらに増大した（ブレーキペダルがさらに強く踏み込まれた）、アクセル開度が増大した（アクセルペダルが踏まれた）、アイドルストップ状態で所定時間（３分）が経過した等のうち何れかを以て、アイドルストップ終了条件が成立したものと判断する。原則として、アイドルストップ後の再始動においては、ＩＳＧ１１０を電動機として動作させて内燃機関１００のクランキングを行う。

また本実施形態に係る内燃機関１００は、その運転状況に応じて燃料噴射を中断する燃料カットを行う。通常、アクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上であるときに、燃料カット条件が成立したものとして燃料カットを開始する。そして、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、エンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下した等の何れかの燃料カット終了条件が成立したときに、燃料カットを終了、燃料噴射を再開する。

しかして本実施形態に係る車両の制御装置たるＥＣＵ０は、図６に示すように、発電機たるＩＳＧ１１０による発電量が増加する状況下において、励磁電流について一定の上限値ｘ１をＩＳＧ１１０に対して指令するか、または徐々に増大する上限値ｘ２をＩＳＧ１１０に対して指令するかを、内燃機関１００の運転状態に応じて選択する制御を実行する。

ここで、「発電量が増大する状況下」とは、特に、電気負荷が増大する状況（エアコンディショナが起動された、照明灯が点灯された、ファンが起動された、等）のことを指す。換言すれば、「発電量が増大する状況下」とは、電気負荷に対する電源となる蓄電装置６１の端子電圧が一時的に低下する、即ち端子電圧と目標電圧（ＩＳＧ１１０に指令された発電電圧）との偏差が拡大することから、この偏差を縮小するべくＩＳＧ１１０のコントローラ１１４が励磁電流を増大させて発電量を増大させようとする状況である。

また、制御を実行する「内燃機関１００の運転状態」とは、少なくとも、アイドル運転またはアイドル運転に近い低負荷運転領域（要求負荷＝アクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下であり、燃料カット中でない）、燃料カット中、またはこれら以外の状態の三つのパターンに分類される。本実施形態では、斯かる三つのパターンのうち、前者二つのパターンについて後述する。

図６に示すように、ＩＳＧ１１０に印可される励磁電流は、平時の運転状態ではコントローラ１１４により予め設定された徐励機能により、平時励磁電流ｙ１のような挙動を示す。しかしながら、この徐励機能による平時励磁電流ｙ１の挙動は、アイドル回転ないし低負荷運転領域や燃料カット時以外の平時の運転領域において速やかに発電量を増加させ速やかに蓄電装置６１に充電することも併せて考慮されている。それ故、ＩＳＧ１１０の内燃機関１００に対する機械的な負荷の増大が依然としてエンジン回転を不安定化させる懸念があった。そこで本実施形態では、ＥＣＵ０が反復的に指令する単位時間α毎（例えば８ミリ秒に設定されている）に励磁電流の上限値を所定値βずつ逓増させる制御を行うことにより徐々に増大する上限値ｘ２とする。これにより、励磁電流の挙動を補正励磁電流ｙ２のように、励磁電流の上昇速度を有効に抑制せしめている。その結果、内燃機関１００に対する機械的な負荷の一時的な集中が避けられ、アイドル運転ないし低負荷運転領域におけるエンジン回転の低落を防いでいる。

また本実施形態では図６に示すように、ＥＣＵ０が単位時間αあたりに指令する指令機会毎の指令値の増加量である所定値βを、平時ではないその時々の運転状態に応じて可変としている。換言すれば、徐々に増大する上限値を発電機に対して指令する場合、単位時間あたりの上限値の増分たる所定値βを、内燃機関１００の運転状態に応じて調整するようにしている。

続いて、本実施形態に係る制御を実行した場合における蓄電装置６１の端子電圧、励磁電流及びエンジン回転数の挙動を図７に示して説明する。

まず、電気負荷が増加する状況下となると、同図に破線で示すような蓄電装置６１の端子電圧の低下が起こる。かかる端子電圧の低下を速やかに回復すべく、ＩＳＧ１１０による発電量を増加させるとともに、内燃機関１００の出力を増大させる制御を開始する。ここで、内燃機関１００の出力を増大させる制御とは、目標回転数を上げるべく、スロットルバルブ３２の開度を増やす制御が挙げられる。すなわち吸気量増大とこれに伴う燃料噴射量の増量を行う。このとき、本実施形態では、運転状態に応じて、励磁電流の挙動が平時励磁電流ｙ１、補正励磁電流ｙ２（ｉｄｌｅ）、ｙ２（Ｆ／Ｃ）の何れかの挙動をとるようにしている。すなわち、平時では平時励磁電流、アイドル運転中ないし低負荷運転領域では補正励磁電流ｙ２（ｉｄｌｅ）、燃料カット中では補正励磁電流ｙ２（Ｆ／Ｃ）をとるようにしている。ここでもし、運転状況がアイドル運転中ないし低負荷運転領域、或いは燃料カット中であるときに平時励磁電流ｙ１のような励磁電流の挙動をとると、内燃機関１００の出力増大が発電量の増大に追いつかないため、同図で破線に示すようなエンジン回転数の落ち込みや、ハンチングを起こしてしまう。そこで、運転状況に応じて適宜、補正励磁電流ｙ２（ｉｄｌｅ）、ｙ２（Ｆ／Ｃ）の何れかの挙動をとるようにしていることで、前記エンジン回転数の落ち込みを有効に回避せしめている。

ここで、補正励磁電流ｙ２（ｉｄｌｅ）、ｙ２（Ｆ／Ｃ）の何れかを選択する制御は、図６に示す所定値βの値を可変とすることで実現している。すなわち、アイドル運転中ないし低負荷運転領域、或いは燃料カット中というそれぞれの運転状態に応じて異なる値、換言すれば所定値βの値を前者の方を小さく設定しているのは以下の理由からである。アイドル運転中ないし低負荷運転領域のときはエンジン回転数がそもそも低くエンジンストールの危険が大きいため「増分」である所定値βを小さくする（励磁電流をより緩やかに増大させる）。他方、燃料カット中はエンジン回転数が比較的高いので励磁電流をより速やかに増大させ、電力需要に早く応えられるようにするようにしている。またこれらの状況において、エンジン回転数または車速が高いほど所定値βをより大きくするようにしてもよい。エンジンストールを起こす可能性が低いからである。

また、所定値βを設定する他の要素としては、内燃機関１００の温度（冷却水温）が高いほどフリクションロスが大きくエンジンストールしやすいので所定値βを小さく設定する事が挙げられる。さらには、蓄電装置６１の端子電圧（蓄電装置６１の充電状態）が高いほど蓄電量に余裕があるので所定値βを小さく設定するようにしてもよい。

以上のような構成とすることにより、本実施形態では、励磁電流の値が所要の値にまで上昇するまでの時間を運転状態によっては適宜遅らせている。これにより、ＩＳＧ１１０に起因する機械的負荷の上昇に内燃機関１００の出力上昇が間に合わず、不必要なエンジン回転数の低下やハンチングを招来してしまうという不具合を有効に回避せしめている。その結果、安定した内燃機関１００の駆動とＩＳＧ１１０の高い充電効率とを両立させている。

すなわち従来では、従来はＩＳＧ１１０の発電電圧を制御する（ＩＳＧ１１０に付帯する）コントローラ１１４やレギュレータの仕様によって励磁速度即ち励磁電流の増加速度が一意に定められており、内燃機関１００の現在の運転領域に応じて可変調整することは考えられていなかった。それ故、アイドル運転時やアイドル運転に近い低負荷運転領域においては、ＩＳＧ１１０のコントローラ１１４による徐励機能をもってしても、図６に示すように励磁電流は一定の上限値ｘ１となっているため、平時徐励電流ｙ１のような挙動をとり、内燃機関１００に対する機械的な負荷がエンジン回転を不安定化させる懸念があった。そこで本実施形態の如く、上限値ｘ２のように単位時間α当たりに所定値βずつ逓増させる制御を反復して行うことに初めて着目し、実行することで、上記懸念を確実に解消せしめている。

さらに本実施形態では、平時ではない運転状態のうち、さらに状況に応じて所定値βの値を変更することで補正励磁電流ｙ２（ｉｄｌｅ）、ｙ２（Ｆ／Ｃ）というように、励磁電流の増加速度を運転状態に応じた所要の速度に設定している。その結果、エンジン回転数低下の回避と充放電とのバランスをより好適に保持することも実現している。特に蓄電装置６１として例えば鉛バッテリを用いている場合においては、蓄電装置６１の寿命の短命化や電装系の作動の不安定化といった問題も有効に解消することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、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。

例えば、上記実施形態では発電機を、電動機としても作動するＩＳＧとした態様を開示したが勿論、単に発電機として作動するオルタネータを適用した車両においても本発明は好適に適用し得る。また上記実施形態では電子スロットルバルブを具備した内燃機関を開示したが勿論、アイドルスピードコントロールバルブを具備した内燃機関に対して本発明を適用しても良い。さらに、蓄電装置や電装系の具体的な態様は上記実施形態のものに限定されることはなく、既存のものを含め、種々の態様のものを適用することができる。

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。

本発明は内燃機関及び当該内燃機関により駆動されて発電する発電機を搭載した車両の制御装置として利用することができる。

０…車両の制御装置（ＥＣＵ）
１００…内燃機関
１１０…発電機（ＩＳＧ）

Claims (1)

1. 内燃機関及び当該内燃機関により駆動されて発電する発電機を搭載した車両の制御装置であって、
   発電機のコイルを流れる励磁電流の許容される上限値を発電機に対して指令できるものであり、
   発電機による発電量が増加する状況下において、励磁電流について一定の上限値を発電機に対して指令するか、または徐々に増大する上限値を発電機に対して指令するかを、内燃機関の運転状態に応じて選択することとし、
   徐々に増大する上限値を発電機に対して指令する場合、単位時間あたりの上限値の増分を、燃料カット中は平時における徐励機能による励磁電流の増大速度よりも小さくし、さらに、アイドルないし低負荷運転時は燃料カット中よりも小さくする制御装置。

Images