JP2015025381A - 内燃機関の始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライバビリティを担保しつつ確実な始動を実現し得る内燃機関の始動制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の始動制御装置は、自動変速機のシフトポジションが車両を発進させ得ない非走行レンジであることを条件にイグニッションキーの操作による内燃機関の始動操作であるクランキング開始を許可するものであって、クランキング中に前記非走行レンジから走行レンジへシフトチェンジされたとき、ブレーキペダルが操作されていないことを検知した場合はクランキングを停止し、前記ブレーキペダルが操作されている場合はクランキングを継続するようにしている。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の始動の際の制御を行う内燃機関の始動制御装置に関するものである。

従来、内燃機関の始動操作に起因する車両の急発進を回避するために、始動段階で自動変速機のシフトレバーがニュートラルすなわちＮレンジ以外の位置になっていることを条件にイグニッションキーの操作によりスタータモータを駆動する始動を許可しない技術が開示されている(例えば、特許文献１参照)。また一般に自動変速機を備えた車両では、シフトレバーがパーキングすなわちＰレンジ或いはＮレンジといった非走行レンジでのみイグニッションキーの操作による内燃機関の始動が許可され、クランキングが開始される。他方、非走行レンジ以外のＤレンジやＲレンジといった走行レンジではクランキングが開始されない仕様となっている。またかかる車両ではＰレンジ或いはＮレンジとしてイグニッションキーによる始動は許可されクランキングが始まった後、当該クランキング中に走行レンジへのシフトチェンジが行われた場合、スタータモータへの通電が禁止され始動ができずに車両が発進できない。

ここで、ドライバの趣向によって、イグニッションキーの操作による内燃機関の始動から車両の発進までをなるべく早くすべく、始動により内燃機関が完爆を迎えるタイミングを見計らって走行レンジへのシフトチェンジを行うといった操作がなされる場合がある。

しかしながら、上述のような操作を行う場合、シフトチェンジのタイミングが早過ぎるときには上記の通り始動ができないこととなり、ドライバによっては車両側に起因する始動不良かのように認識してしまう場合がある。

ドライバが発進の意志があるシフト操作をした場合には、Ｎ位置以外のシフト位置でもエンジンの始動を許可するエンジン始動制御を提供する。

特許第４４２７６７７号公報

本発明は、上述したような点に着目したものであり、ドライバビリティを担保しつつ確実な始動を実現し得る内燃機関の始動制御装置を提供することを目的としている。

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内燃機関の始動制御装置は、自動変速機のシフトポジションが車両を発進させ得ない非走行レンジであることを条件にイグニッションキーの操作による内燃機関の始動操作開始を許可する内燃機関の始動制御装置であって、始動操作開始後、始動期間中に前記非走行レンジから車両を発進させ得る走行レンジへシフトポジションが移動されたとき、ブレーキペダルが操作されていない場合は前記始動を停止し、前記ブレーキペダルが操作されている場合は前記始動を継続することを特徴とする。

このようなものであれば、ドライバの趣向によって始動期間中に誤ってシフトポジションが走行レンジへ移動されたとしても始動が停止されずに継続され、内燃機関の始動操作を完了できることから、ドライバに始動不良との認識を与えることなく所望のタイミングでの発進が可能となる。またこのとき、ドライバはブレーキペダルを操作していることから当該ドライバは発進のための構えが正確に出来ていることが確認されているため、意図しない発進も有効に防止される。その結果、ドライバビリティを担保しつつ確実な始動を実現し得る内燃機関の始動制御装置を提供する。

また、始動操作完了後の万が一の急な発進をより有効に禁止するためには、始動操作開始後、始動期間中に前記非走行レンジから前記走行レンジへシフトポジションが移動されたとき、アクセルペダルが操作されていないときのみ前記始動を継続する態様を適用することが望ましい。

本発明によれば、ドライバビリティを担保しつつ確実な始動を実現し得る内燃機関の始動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係る概略構成図。 同実施形態に係る内燃機関、変速機及び制御装置の概略構成を示す図。 同実施形態に係る模式的な回路図。 同実施形態に係るフローチャート。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両に搭載される内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークガソリンエンジンであり、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。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

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。

図２に、車両が備える駆動系の例を示す。この駆動系は、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１０１に伝達される。出力ギア１０１は、デファレンシャル装置のリングギヤ１０２と噛合し、デファレンシャル装置を介して車軸１０３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ｌを受けてその開度を変化させる流量制御バルブである。

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、内燃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、リングギヤ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であ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であ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ｍを受けてその開度を変化させる流量制御バルブである。

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は、トルクコンバータ７に用いられる流体と共通である。

本実施形態の車両には、ブレーキブースタ（図示せず）が付帯している。ブレーキブースタは、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側の部位、より具体的にはサージタンク３３から吸気負圧を導き入れ、その負圧を用いてブレーキペダルの踏力を倍力する、この分野では広く知られているものである。ブレーキブースタは、負圧を蓄える定圧室と、大気圧が加わる変圧室とを有し、定圧室が負圧管路を介してサージタンク３３に接続している。負圧管路は、スロットルバルブ３２の下流側の吸気負圧を定圧室へと導く。負圧管路上には、負圧を定圧室内に留め、定圧室に正圧が加わることを防止するためのチェックバルブを設けてある。

運転者によりブレーキペダルが操作されていないとき、定圧室と変圧室とが連通し、かつ変圧室が大気圧から隔絶される。ブレーキペダルが操作されると、定圧室と変圧室との間が遮断され、かつ変圧室に大気が導入される。結果、定圧室と変圧室との圧力差が、ブレーキペダルの踏力を倍力する制御圧力となる。ブレーキブースタにより増幅されたブレーキ踏力は、マスタシリンダ（図示せず）において所謂ブレーキマスタ圧と称される液圧力に変換され、液圧回路（図示せず）を介してブレーキキャリパやホイールシリンダといったブレーキ装置（図示せず）に伝達される。また本実施形態では、前記ブレーキマスタ圧と称される液圧力をリアルタイムに検出するための図示しないブレーキマスタ圧センサが設けられている。

そして内燃機関の始動時に内燃機関をクランキングするためのスタータモータ６１、ピニオンギヤ６２及びドライブプレート６３は、内燃機関とトルクコンバータ７との間に設けられている。具体的に説明すると、スタータモータ６１の駆動軸の先端にピニオンギヤ６２が設けられ、当該ピニオンギヤ６２がドライブプレート６３外周部のリングギヤ６４に噛合してドライブプレート６３を回転駆動する。

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０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。制御用のプログラムは予め格納されており、その実行の際メモリに読み込まれ、プロセッサで解読される。

内燃機関、ＣＶＴ９、スタータモータ６１等は、ＥＣＵ０によって制御される。

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（または、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負圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、作動液の温度を検出する作動液温センサから出力される作動液温信号ｐ、ブレーキスイッチから出力されるブレーキスイッチ信号ｒ等が入力される。

出力インタフェースからは、スタータモータ６１に通電してクランキングを行うためのモータ駆動信号ｈ、点火プラグ１２のイグナイタ１３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及びアイドルスピードコントロールバルブ３６に対して開度操作信号ｋ、ロックアップソレノイドバルブに対して開度制御信号ｌ、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ｍ、ＣＶＴ９に対して変速比制御信号ｎ等を出力する。

また本実施形態では前記モータ駆動信号とは別に、スタータモータ６１に通電するための補助信号ｈ１を別途出力するが、当該補助信号ｈ１については後述する。

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の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｐ、ｑ、ｒを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、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、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の変速比といった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ及びｈ、ｈ１を、出力インタフェースを介して印加する。

しかして本実施形態に係る内燃機関の始動制御装置たるＥＣＵ０は、自動変速機８、９のシフトポジションが車両を発進させ得ない非走行レンジつまりＮレンジ又はＰレンジであることを条件にイグニッションキーの操作による内燃機関の始動操作であるクランキング開始を許可するものである。そしてクランキング中に前記非走行レンジから走行レンジであるＤレンジ又はＲレンジへシフトチェンジされたとき、少なくともブレーキスイッチ信号ｒによりブレーキペダルが操作されていないことを検知した場合はクランキングを停止し、前記ブレーキペダルが操作されている場合はクランキングを継続できるようにしている。また本実施形態では、前記シフトチェンジの際、アクセル開度信号ｃによりアクセルペダルが操作されていない場合にのみクランキングを継続するものとしている。

上記の制御は図３に示す回路によって実現される。同図は、ＥＣＵ０及びスタータモータ６１間に設けられたモータ駆動回路６０を示している。このモータ駆動回路６０は、従来から設けられているリレースイッチ６５、非走行レンジスイッチ６６に加え、新たに補助スイッチが設けられている。リレースイッチ６５はメインスイッチ６５ａと電磁コイル６５ｂとを備えた通常のもので、電磁コイル６５ｂにＥＣＵ０からモータ駆動信号ｈとしての微弱な電圧が印可されると電磁コイル６５ｂが電磁石として機能しメインスイッチ６５ａが短絡側に駆動され、スタータモータ６１に通電される。非走行レンジスイッチ６６は、シフトポジションセンサからＰレンジ又はＮレンジである旨のシフトレンジ信号ｄをＥＣＵ０が検知しているときはＯＮとなる通常のものである。当該非走行レンジスイッチ６６がＯＮとなっているときは、ＥＣＵ０から電磁コイル６５ｂへの通電が許可される。

そして補助スイッチ６７は非走行レンジスイッチ６６から分岐して設けられる。すなわち本実施形態では、非走行レンジスイッチ６６がＯＦＦとなり通電を許可しない状態であっても、補助スイッチ６７がＯＮとなるとＥＣＵ０から電磁コイル６５ｂへの通電が許可される。また当該補助スイッチ６７は同図では一例としてＮＰＮトランジスタにより構成された態様を図示している。すなわちＥＣＵ０から補助スイッチ６７のベースへ補助信号ｈ１としての微弱な電圧が印可されるとエミッタ、コレクタ間への通電が許可される。つまりこのとき、非走行レンジスイッチ６６がＯＦＦであっても、ＥＣＵ０から電磁コイル６５ｂへの通電が許可される。

そして上述したモータ駆動回路６０により、本実施形態ではイグニッションキーの操作による内燃機関の始動時すなわちクランキング時は図４のフローチャートに示すような以下の制御が実行される。

ドライバによりイグニッションキーがスタートポジションへ操作されると（ステップＳ１）、シフトポジションが非走行レンジであるＮレンジか或いはＰレンジであるときのみ、スタータモータ６１への通電によるクランキングが開始される（ステップＳ３）。換言すればＥＣＵ０からモータ駆動信号ｈである電圧がリレースイッチ６５に印可され、スタータモータ６１が駆動される。ここで当該クランキング中において、シフトポジションが走行レンジであるＤレンジ或いはＲレンジへと移行されなければ（ステップＳ４）、内燃機関が完爆を迎えた後（ステップＳ５）、クランキングを完了し（ステップＳ６）、すぐに車両が発進できるアイドル状態となる。しかしながらドライバによる、なるべく早く車両を発進させたいとの欲求等により、クランキング中にシフトポジションが走行レンジであるＤレンジ或いはＲレンジへと移行されたとき（ステップＳ４）、非走行レンジスイッチ６６はＯＦＦとなる。そのため、ブレーキペダルがＯＮすなわち操作された状態であり（ステップＳ７）、且つアクセルペダルがＯＦＦすなわち操作されていない状態（ステップＳ８）でなければ、非走行レンジスイッチ６６がＯＦＦとなることを基に電磁コイル６５ｂに電圧が印可されずスタータモータの通電が停止されることにより、クランキングが停止される（ステップＳ９）。

しかし、ブレーキペダルがＯＮすなわち操作された状態であり（ステップＳ７）、且つアクセルペダルがＯＦＦすなわち操作されていない状態（ステップＳ８）であれば、ＥＣＵ０から補助スイッチ６７のベースへ電圧が印可、換言すれば補助信号ｈ１が補助スイッチ６７へ出力される。これにより非走行スイッチ６６はＯＦＦとなっても引き続きスタータモータ６１への通電すなわちクランキングが継続される（ステップＳ１０）。しかる後、シフトポジションを変更しない上述の場合と同様、内燃機関が完爆を迎えた後（ステップＳ５）、クランキングを完了し（ステップＳ６）、車両が発進し得るアイドル状態となる。

ここで、本実施形態において補助信号ｈ１が発信されるタイミングは一例として図４に示すように、非走行レンジへのシフトポジションの変更を示すシフトレンジ信号ｄが検出された時から実際にシフトチェンジが行われるまでのタイミングとしている。しかし勿論、クランキング開始からブレーキペダルがＯＮすなわち操作された状態であり且つアクセルペダルがＯＦＦすなわち操作されていない状態が確認されたときから補助信号ｈ１を発信する態様としてもよい。

以上のような構成とすることにより、本実施形態では、ドライバの趣向によってクランキング完了前にシフトポジションが走行レンジへ移動されたとしても車両が発進できない状態にあれば始動が停止されずに継続され、内燃機関の始動操作を完了できることから、ドライバは始動不良との認識を覚えることなく所望のタイミングでの発進ができる。その結果、ドライバビリティを担保しつつ確実な始動が実現される。

特に本実施形態では、アクセルペダルが操作されていないことをもクランキング継続の条件としているので、クランキング作完了直後の万が一の急な発進をより有効に禁止し、安全性をより有効に向上せしめている。

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、上記実施形態では内燃機関を始動するための構成として、スタータモータ及びドライブプレートを設けた態様を開示したが、勿論、内燃機関のクランクシャフトに同軸に設けられ始動のみならず発電をも司るモータジェネレータを適用したものであってもよい。また内燃機関や自動変速機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。

本発明は内燃機関の始動の際のクランキングの制御を行う内燃機関の始動制御装置として利用することができる。

０…内燃機関の始動制御装置（ＥＣＵ）
６１…スタータモータ
６６…非走行レンジスイッチ
６７…補助スイッチ
ｃ…アクセル開度信号
ｈ…モータ駆動信号
ｈ１…補助駆動信号
ｒ…ブレーキスイッチ信号

Claims (2)

1. 自動変速機のシフトポジションが車両を発進させ得ない非走行レンジであることを条件にイグニッションキーの操作による内燃機関の始動操作開始を許可する内燃機関の始動制御装置であって、
   始動操作開始後、始動期間中に前記非走行レンジから車両を発進させ得る走行レンジへシフトポジションが移動されたとき、
   ブレーキペダルが操作されていない場合は前記始動を停止し、前記ブレーキペダルが操作されている場合は前記始動を継続することを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
2. 始動操作開始後、始動期間中に前記非走行レンジから前記走行レンジへシフトポジションが移動されたとき、
   アクセルペダルが操作されていないときのみ前記始動を継続する請求項１記載の内燃機関の始動制御装置。

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