JP2002349315A - 内燃機関の出力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 運転領域の広い範囲においてコンプレッサの
負荷トルクを精度よく推定し、それに応じて適切にエン
ジン出力を制御して燃費やドライバビリティーの向上を
図れる内燃機関の出力制御装置を提供する。 【解決手段】 本発明にかかる出力制御装置８は、クラ
ッチ３３を介してエンジン４の回転トルクが伝達される
エアコン用のコンプレッサ３の負荷トルクに応じてエン
ジン出力を制御するものであり、コンプレッサクラッチ
３３がオンしてから所定時間内においては、負荷トルク
をエンジン回転数に基づいて推定し、推定した負荷トル
クに応じてエンジン出力を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エアコン等の空調
装置とエンジンとを統合的に制御する内燃機関の出力制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エアコン等の空調装置を有する車両にお
いては、操作スイッチが操作されてエアコン作動指令が
あると、エアコン用のコンプレッサに対して内燃機関で
あるエンジンからの回転を連断するコンプレッサクラッ
チをオン状態とし、コンプレッサを回転駆動してエアコ
ンを作動している。このため、エアコン作動時と非作動
時ではエンジンにかかる負荷が大きく変動するので、エ
アコン作動時においてはエンジンの出力トルクが増大す
るように補正するのが一般的である。例えば、コンプレ
ッサの負荷トルクに相関するコンプレッサから吐出され
る冷媒圧力を用いて負荷トルクを求め、この負荷トルク
に応じて出力トルクの補正を行うものがある。このよう
にコンプレッサからの冷媒圧力に応じてエンジンの出力
を制御する場合、冷媒圧力を検出する検出手段の応答遅
れ等により、補正が遅れてしまいエンジンの出力トルク
が不足してしまうことがある。

【０００３】近年、内燃機関を理論空燃比より大幅にリ
ーンな空燃比で運転して燃費の向上を図るようにした希
薄燃焼内燃機関が実用化されている。このような希薄燃
焼内燃機関では、アイドル運転を含む低負荷運転領域に
おいてリーン空燃比でエンジンの出力トルクを抑えて運
転するようにしている。ところが、希薄燃焼内燃機関で
のリーン空燃比によるリーン運転時に、エアコンの操作
スイッチがオンされると、エンジンはエアコン用のコン
プレッサを作動させるためのトルクが必要となり、エン
ジン回転数を上昇させるとともに、リーン運転を禁止し
て強制的に理論空燃比によるストイキオ運転に変更する
ようにしており、燃費が低減してしまう。特に排気量が
小さい車両やエンジンの出力が低い車両の場合、リーン
運転期間が短くなってしまう。

【０００４】そこで、特開平１１−８２０９２では、エ
アコンがオフからオンになると、オフ時のコンプレッサ
の吐出圧力（冷媒圧力）から、オン時のコンプレッサの
負荷トルクを予測（推定）し、この予測値（推定値）に
基づきエンジンのアイドル回転を補正するアイドル回転
制御装置が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特開平１１−８２０９
２号で提案されている発明では、アイドル運転時を前提
としており、これ以外の運転領域にそのまま適用する
と、エアコンがオン／オフされた場合にエンジンの出力
が不足することがある。本発明は、運転領域の広い範囲
においてコンプレッサの負荷トルクを精度よく推定し、
それに応じて適切にエンジン出力を制御して燃費やドラ
イバビリティーの向上を図れる内燃機関の出力制御装置
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
発明にかかる内燃機関の出力制御装置は、クラッチを介
して内燃機関の回転トルクが伝達されるエアコン用のコ
ンプレッサの負荷トルクに応じて内燃機関の出力を制御
するものであり、クラッチがオンしてから所定時間内に
おいては、負荷トルクを内燃機関の回転数に基づいて推
定する。本発明によると、クラッチがオンしてエアコン
が作動した直後等の冷媒圧力が安定しない所定時間内に
おいては、コンプレッサの負荷トルクが内燃機関の回転
数に基づいて推定されるので、冷媒圧力から負荷トルク
を推定する場合よりもコンプレッサの負荷トルクが精度
よく推定されるととともに、運転領域に関係なく精度の
良い負荷トルクの推定が行える。

【０００７】本発明にかかる内燃機関の出力制御装置
は、クラッチがオンしてから所定時間内は、負荷トルク
をコンプレッサの最大負荷トルクを用いて推定するた
め、推定する負荷トルクが実際の負荷トルクを下回るこ
とがない。本発明にかかる内燃機関の出力制御装置は、
クラッチがオンしてから所定時間経過後は、負荷トルク
をコンプレッサから吐出された冷媒圧力に基づいて推定
する。このため、冷媒圧力が安定する所定時間経過後と
なると、実際の負荷トルクに近い負荷トルクを冷媒圧力
から推定できるので、無駄な出力上昇を抑えられる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の好
適な実施の形態を説明する。図１において、符号１で示
す車両は、内燃機関であるエンジン２と、エンジン２の
回転トルクをベルト３０とプーリー３１，３２で伝達さ
れることで回転駆動するエアコン１０用のコンプレッサ
３、エンジン２の回転数（以下、「エンジン回転数Ｎ
ｅ」と記す）を検出する回転センサ４、コンプレッサ３
から吐出された冷媒圧力を検出する冷媒圧センサ５、エ
ンジン出力を制御する出力制御装置８を備えている。

【０００９】プーリー３１はコンプレッサ３の図示しな
い回転軸と一体回転するように設けられ、プーリー３２
はエンジン２の図示しないクランク軸と一体的に回転す
るように設けられている。プーリー３１には、エンジン
２からコンプレッサ３への回転を連断する電磁式のコン
プレッサクラッチ３３が設けられている。このコンプレ
ッサクラッチ３３は、オン状態のときにエンジン２から
の回転をコンプレッサ３に伝達してコンプレッサ３を回
転駆動し、オフ状態のときにエンジン２からコンプレッ
サ３への回転を切断してコンプレッサ３を停止状態とす
る。

【００１０】エアコン１０は、クーラー（冷房・除湿機
能）、ヒーター（暖房機能）、周知の換気機能を有して
いる。クーラーは、冷媒の気化と液化による熱交換によ
って行われるものである。コンプレッサ３の吐出側に
は、エバポレータ１４に一端が接続する媒体配管１６の
他端が連結されている。冷媒配管１６には、コンプレッ
サ３側から、コンデンサ１１、レシーバ１２、膨張弁１
３、エバポレータ１４がこの順序で配置されている。膨
張弁１３及びエバポレータ１４は、クーリングユニット
１５を構成している。本形態では、レシーバ１２に冷媒
圧センサ５を配置しており、コンデンサ１１を通った冷
媒圧力、すなわち、コンプレッサ３から吐出された高圧
の冷媒圧力Ｐを検出するように構成している。冷媒圧セ
ンサ５の配置場所は、コンプレッサ３から膨張弁１３ま
での冷媒配管１６上であればよく、レシーバ１２に限定
されるものではない。冷媒配管１６の外側には、エバポ
レータ１５に導入された冷媒をコンプレッサ３に戻す冷
媒配管１７が、エバポレータ１５とコンプレッサ３の吸
入側とにその両端がそれぞれ連結されて配置されてい
る。

【００１１】このため、低圧ガス状の冷媒はコンプレッ
サ３によって圧縮されて高温高圧のガスとなり、コンデ
ンサ１１で走行風やラジエータファン１９によって冷却
されて液化され、高圧液状の冷媒が膨張弁１３によって
急激に膨張して霧化し易くなり、エバポレータ１４で周
囲のフィンから熱を奮ってガス状冷媒となる。冷媒は、
この気化の際に熱を大量に奪って冷却を行い、再び低圧
ガス状の冷媒となって冷媒通路１７を通ってコンプレッ
サ３に戻される。

【００１２】エンジン２の図示しないウォータジャケッ
トには、冷却水循環経路を介してラジエータ１８とエア
コンのヒータコア２０が連結している。ラジエータ１８
及びヒータコア２０の近傍には、ラジエータファン１９
とブロアファン２１がそれぞれ配設されている。このた
め、ヒーターは、ブロワファン２１の風によってエンジ
ン２からの冷却水で温められるヒータコア２０から熱を
奪うことで温風を発生し、車室内の暖房として利用す
る。ヒーターとクーラーの切り換えは、車室内のインス
トルメンタルパネル等に設置される操作スイッチとして
のエアコンスイッチ９の操作によって切り換える。

【００１３】出力制御装置８は、冷媒圧センサ５からの
圧力情報Ｐに基づきコンプレッサ３の第１負荷トルク
（Ｓ−ＣＰＴ１）を推定する第１コンプレッサトルク推
定手段Ｍ１と、回転センサ４からのエンジン回転数Ｎｅ
に基づき、少なくとも第１負荷トルク（Ｓ−ＣＰＴ１）
よりも高い負荷トルク（Ｓ−ＣＰＴ２）を推定する第２
コンプレッサトルク推定手段Ｍ２を有するエアコン制御
用のコントローラとしてのエアコンＥＣＵ６及び、主に
エンジンの各動作を制御するエンジンコントローラとし
てのエンジンＥＣＵ７を備えている。

【００１４】出力制御装置８を構成するエンジンＥＣＵ
７には、回転センサ４、コンプレッサクラッチ３３、図
示しないエンジンの燃料噴射系、アクセル開度センサ、
エアーフローセンサ等が接続されており、これらセンサ
類からの検出情報に基づいて演算された燃料噴射量や点
火時期等の最適値により、適正量の燃料が適正なタイミ
ングでエンジン２の各気筒内に噴射され、点火プラグに
よって適正なタイミングで点火が実施される。エンジン
ＥＣＵ７には、エアコンＥＣＵ６が接続されている。エ
アコンＥＣＵ６には、コンプレッサ３、冷媒圧センサ
５、エアコンスイッチ９とともに、エアコン等の運転状
態を表示する表示部としてのモニター２２が接続されて
いる。

【００１５】図２に示すように、エアコンＥＣＵ６に
は、エアコンスイッチ９のオン／オフ情報等のＡ／Ｃ操
作信号と、冷媒圧センサ５からの冷媒圧力Ｐが送られ、
エンジンＥＣＵ７には、回転センサ４からのエンジン回
転数Ｎｅが送られる。エンジンＥＣＵ７からエアコンＥ
ＣＵ６には、コンプレッサクラッチ信号とエンジン回転
数Ｎｅが送られ、エアコンＥＣＵ６からエンジンＥＣＵ
７には、クーラーのオン状態となったことを知らせるＡ
／Ｃ信号と、エアコンＥＣＵ６側で推定する各推定コン
プレッサトルク（Ｓ−ＣＰＴ１、Ｓ−ＣＰＴ２）が送ら
れる。

【００１６】エアコンＥＣＵ６では、エンジン回転数Ｎ
ｅに、プーリー３１，３２のプーリー比を掛けてＡ／Ｃ
オン時のコンプレッサの回転数（Ｃ−ｒｐｍ）を算出す
る。エアコンＥＣＵ６が有する第１コンプレッサトルク
推定手段Ｍ１は、図３に示すように、縦軸を推定コンプ
レッサトルク、横軸を冷媒圧力としたマップであって、
冷媒圧力Ｐに応じた第１推定トルク（Ｓ−ＣＰＴ１）を
選択するためのものである。このマップは、予めエアコ
ンＥＣＵ６の図示しないメモリに記憶されている。

【００１７】エアコンＥＣＵ６が有する第２コンプレッ
サトルク推定手段Ｍ２は、図５に示すように、縦軸を推
定コンプレッサトルク、横軸に起動時のコンプレッサ３
の回転数（Ｃ−ｒｐｍ）を示したマップであって、予め
エアコンＥＣＵ６の図示しないメモリに記憶されてい
る。このマップには、第１推定トルク（Ｓ−ＣＰＴ１）
よりも高く、破線で示すコンプレッサ３の最大負荷トル
ク（Ｔ−ｍａｘ）よりも所定量Ｘ（５％〜１０％）高い
第２推定トルク（Ｓ−ＣＰＴ２）が記憶されている。図
５において、所定量Ｙは、エアコンＥＣＵ６がエンジン
回転数Ｎｅを読み込んでからコンプレッサクラッチ３３
が作動するまでの遅れ時間に、増加すると推定されるエ
ンジン回転数Ｎｅの変化量を示している。所定量Ｙを適
宜設定することにより、所定量Ｘは一義的に決められ
る。このようにすると、遅れ時間内にエンジン回転数Ｎ
ｅが変動したとしても、コンプレッサクラッチ３３がオ
ンする時のコンプレッサ３の最大負荷トルク（Ｔ−ｍａ
ｘ）を下回ることなく推定することができるので、エン
ジン２の出力を十分に確保することができる。また、コ
ンプレッサ回転数（Ｃ−ｒｐｍ）がある回転以上になる
と、第２推定トルク（Ｓ−ＣＰＴ２）が略一定となるの
は、コンプレッサクラッチ３３の伝達トルク性能を超え
るためである。

【００１８】このような構成の出力制御装置８による制
御の一例を図４に示すフローチャートを基に説明する。
ステップＳ１においてドライバーがエアコンスイッチ９
を操作してオン状態となると、ステップＳ２においてエ
ンジン回転数Ｎｅと冷媒圧力Ｐの読み込みを行いステッ
プＳ３に進む。ステップＳ３でＡ／Ｃ信号がオンしてい
る場合には、ステップＳ４に進んでコンプレッサクラッ
チ信号が判断され、ここでオンしているとステップＳ５
に進んでクラッチオン後所定時間ｔ１経過しているか否
かが判断される。この判断時に、クラッチオン後所定時
間ｔ１経過している場合にはステップＳ６に進んで、図
３に示すマップにより冷媒圧力Ｐから第１推定トルク
（Ｓ−ＣＰＴ１）となる安定時トルクを推定し、ステッ
プＳ８に進む。

【００１９】ステップＳ３において、Ａ／Ｃ信号がオン
していない場合や、ステップＳ４においてコンプレッサ
クラッチ信号がオンしていない場合、あるいはステップ
Ｓ５でクラッチオン後所定時間ｔ１経過していない場合
には、ステップＳ７に進んで、図５に示すマップよりエ
ンジン回転数Ｎｅから第２推定トルク（Ｓ−ＣＰＴ２）
となる起動時トルクを推定してステップＳ８に進む。

【００２０】ステップＳ１において、エアコンスイッチ
９がオンしてなければ、ステップＳ１０に進んでＡ／Ｃ
信号のオフ状態が判断される。ここでエアコンスイッチ
９がオフでないと判断した場合には、ステップＳ１１に
おいてＡ／Ｃ信号をオフしてステップＳ８に進む。ステ
ップＳ８では、エアコンＥＣＵ６側で推定された各推定
コンプレッサトルク（Ｓ−ＣＰＴ１、Ｓ−ＣＰＴ２）に
応じてエンジン２の出力をエンジンＥＣＵ７で制御し、
ステップＳ９に進んでコンプレッサクラッチ３３の動作
を制御する。

【００２１】図６は、縦軸をコンプレッサ３の実負荷ト
ルク（ＣＰトルク）、横軸を時間（ｔ）としたマップで
あって、コンプレッサ３の経時的なトルク変動を示す特
性図である。図６に示すように、コンプレッサクラッチ
３３がオン（クラッチオン）された直後において、コン
プレッサ３の実負荷トルク（ＣＰトルク）が、最大負荷
トルク（Ｔ−ｍａｘ）近傍まで急激に高くなることがあ
る。この急激な立ち上がりは、コンプレッサクラッチ３
３がオンしてから膨張弁１３が応答するまで時間差があ
ることから生じるものであり、コンプレッサ３の回転速
度に略比例して冷媒配管１６内の内圧が上昇するためで
あると思われる。このため、本発明では、コンプレッサ
クラッチ３３がオンしていても所定時間ｔ１だけは、エ
ンジン回転数Ｎｅから推定した第２推定トルク（Ｓ−Ｃ
ＰＴ２）を用いてエンジン２の出力を制御する。そし
て、所定時間ｔ１経過後、すなわち、図６に示す起動時
に起こる過度な負荷トルクの上昇が終わって負荷トルク
が落ち着く安定時には、安定した冷媒圧力Ｐを基にした
第１推定トルク（Ｓ−ＣＰＴ１）を推定し、この推定ト
ルクを用いてエンジン２の出力を制御する。第１推定ト
ルク（Ｓ−ＣＰＴ１）は、安定時のコンプレッサ３の実
負荷トルク（ＣＰトルク）と略同一の値である。

【００２２】このように、コンプレッサクラッチ３３が
オンしてエアコン作動直後等の冷媒圧力Ｐが安定しない
所定時間ｔ１内においては、この安定しない冷媒圧力を
用いて負荷トルクを推定せずに、信頼のあるエンジン回
転数Ｎｅに基づいて第２負荷トルク（Ｓ−ＣＰＴ２）を
推定するので、コンプレッサ３の負荷トルクを精度よく
推定することができ、運転領域に関係なく精度の良い負
荷トルクの推定を行える。さらに、本形態では第２負荷
トルク（Ｓ−ＣＰＴ２）は、コンプレッサ３で発生する
最大負荷トルク（Ｔ−ｍａｘ）よりも高いので、所定時
間ｔ１内においては推定する負荷トルクが実際の負荷ト
ルクを下回ることがない。

【００２３】コンプレッサクラッチ３３がオンしてから
所定時間ｔ１経過後は、その変動が安定した冷媒圧力Ｐ
に基づいて第１推定トルク（Ｓ−ＣＰＴ１）を推定する
ため、実際の負荷トルクに近い負荷トルクを冷媒圧力Ｐ
から推定できる。すなわち、エアコン作動直後の冷媒圧
力Ｐが不安定な時期（所定期間ｔ１内）には、第２推定
トルク（Ｓ−ＣＰＴ２）を用いてエンジン出力を補正制
御するので、エンジン出力が低下し過ぎることがなくな
る。所定時間ｔ１が経過して冷媒圧力Ｐが安定してくる
と、冷媒圧力Ｐから求めたコンプレッサ３の実負荷トル
ク（ＣＰトルク）に対応する第１推定トルク（Ｓ−ＣＰ
Ｔ１）に制御値を切り換えてエンジン出力を補正制御す
るので、エンジン出力が必要以上に高くなるのが抑えら
れ、燃費向上となる。このため、運転領域の広い範囲に
おいてコンプレッサ３の負荷トルクを精度よく推定し、
それに応じて適切にエンジン出力を制御でき、燃費やド
ライバビリティーを向上することができる。

【００２４】本形態において、第２推定トルク（Ｓ−Ｃ
ＰＴ２）は、最大負荷トルク（Ｔ−ｍａｘ）よりも高く
なっているが、少なくとも第１推定トルク（Ｓ−ＣＰＴ
１）よりも高ければよく、最大負荷トルク（Ｔ−ｍａ
ｘ）と略同等なトルクであっても無論構わない。第１コ
ンプレッサトルク推定手段Ｍ１及び第２コンプレッサト
ルク推定手段Ｍ２は、エアコンＥＣＵ６に備えられてい
るが、エンジンＥＣＵ７が備えた形態であってもよい。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、クラッチがオンしてエ
アコンが作動した直後等の冷媒圧力が安定しない所定時
間内においては、コンプレッサの負荷トルクが内燃機関
の回転数に基づいて推定されるので、冷媒圧力から負荷
トルクを推定する場合よりもコンプレッサの負荷トルク
が精度よく推定されるととともに、運転領域に関係なく
精度の良い負荷トルクの推定が行え、適切にエンジン出
力を制御でき、燃費やドライバビリティーを向上するこ
とができる。本発明によれば、クラッチがオンしてから
所定時間内は、負荷トルクをコンプレッサの最大負荷ト
ルクを用いて推定するため、推定する負荷トルクが実際
の負荷トルクを下回ることがなく、より適切にエンジン
出力を制御でき、燃費やドライバビリティーを向上する
ことができる。本発明によれば、クラッチがオンしてか
ら所定時間経過後は、負荷トルクをコンプレッサから吐
出された冷媒圧力に基づいて実際の負荷トルクに近い負
荷トルクを推定するので、無駄な出力上昇を抑えられ、
より適切にエンジン出力を制御でき、燃費やドライバビ
リティーを向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる内燃機関の出力制御装置と、そ
れを有する車両の概略構成図である。

【図２】出力制御装置の構成と信号の流れを示すブロッ
ク図である。

【図３】第１コンプレッサトルク推定手段によって推定
される第１推定トルクの特性を示す線図である。

【図４】本発明にかかる出力制御の一例を示すフローチ
ャートである。

【図５】第２コンプレッサトルク推定手段によって推定
される第２推定トルクの特性を示す線図である。

【図６】コンプレッサのトルク変動の一例を示す線図で
ある。

【符号の説明】

２ 内燃機関 ３ エアコン用のコンプレッサ ８ 出力制御装置 ３３ クラッチ Ｎｅ 内燃機関の回転数 Ｐ 冷媒圧力 Ｓ−ＣＰＴ１ 冷媒圧力から推定した負荷トルク Ｓ−ＣＰＴ２ 内燃機関の回転数から推定した負荷
トルク ｔ１ 所定時間 Ｔ−ｍａｘ 最大負荷トルク

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】クラッチを介して内燃機関の回転トルクを
   伝達されるエアコン用のコンプレッサの負荷トルクに応
   じて出力を制御する内燃機関の出力制御装置において、 上記クラッチがオンしてから所定時間内は、上記負荷ト
   ルクを上記内燃機関の回転数に基づいて推定することを
   特徴とする内燃機関の出力制御装置。
2. 【請求項２】上記所定時間内は、上記負荷トルクを上記
   コンプレッサの最大負荷トルクを用いて推定することを
   特徴とする請求項１記載の内燃機関の出力制御装置。
3. 【請求項３】上記クラッチがオンしてから所定時間経過
   後は、上記負荷トルクを上記コンプレッサから吐出され
   た冷媒圧力に基づいて推定することを特徴とする請求項
   １または２記載の内燃機関の出力制御装置。