JP2008002381A - 内燃機関の空気量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オルタネータ発電電流検出用の電流センサを設けずに、オルタネータの負荷変化に応じて適切な吸入空気量の補正を可能とする。
【解決手段】バッテリ放電時にバッテリ放電電流値からバッテリ分空気補正量を設定する（Ｓ１〜Ｓ３）。ＯＮ状態の車載電気負荷があれば車載電気負荷の総消費電流値に対応する電気負荷分空気補正量を設置する（Ｓ４，５）。そして、電気負荷分空気補正量からバッテリ分空気補正量を減算してオルタネータ負荷分空気補正量を演算する（Ｓ７）。そして、演算したオルタネータ負荷分空気補正量をオルタネータの負荷分としてスロットル弁の開度を補正して吸入空気量補正を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の空気量制御装置に関し、特に、オルタネータの負荷状態に応じて吸入空気量を補正制御する技術に関する。

例えば、車両の減速時にオルタネータの発電電圧を高めて回生発電を行ってバッテリを充電し、その後、回生発電によりバッテリに蓄えた電気で車載電気負荷の消費電力を賄うことにより、オルタネータの駆動に要するエネルギを低減し、燃費を向上させるようにしている。このオルタネータの減速回生制御では、回生発電によるバッテリ充電後、オルタネータの発電電圧を低く設定してバッテリを放電状態とし、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）を充電可能な予め定めた設定値に制御することにより、燃費低減効果や減速加速度性能等を一定に保つようにしている。このバッテリ放電状態のときはオルタネータの負荷が低減されるため、オルタネータ負荷分の吸入空気補正量を低減する。そのために、オルタネータの負荷を検出する必要がある。

特許文献１には、オルタネータの発電電流を検出する電流センサを設け、電流センサで検出したオルタネータ発電電流とエンジン回転数とからオルタネータに生じるオルタネータ負荷トルクを演算し、このオルタネータ負荷トルクに応じて吸入空気補正量を制御する技術が開示されている。
特開２００３−３３６５３２号公報

しかしながら、特許文献１のようにオルタネータの発電電流を検知するために電流センサを設ける構成では、部品点数が増加してコストが上昇すると共に、レイアウトの制約等の問題がある。
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、オルタネータ発電電流検出用の電流センサを設けることなく、オルタネータの負荷変化に応じて適切な吸入空気量の補正を可能とする内燃機関の空気量制御装置を提供することを目的とする。

このため、請求項１の発明は、内燃機関により駆動されるオルタネータの負荷状態に応じて吸入空気量を補正制御する内燃機関の空気量制御装置であって、バッテリの充放電電流値相当分であるバッテリ分空気補正量と、ＯＮ状態にある車載電気負荷相当分である電気負荷分空気補正量とに基づいてオルタネータ負荷分の空気量補正量を決定する構成としたことを特徴とする。

本発明によれば、既存のバッテリ電流センサで検出されるバッテリの充放電電流値相当分の空気補正量と消費電流値が既知のＯＮ状態にある車載電気負荷相当分の空気量補正量とからオルタネータ負荷分の空気量補正量を決定する構成としたので、オルタネータ発電電流検出用の電流センサを設けることなく、オルタネータ負荷分の空気量補正量が可能となる。従って、コストの上昇を抑制でき、また、レイアウトが制約されることがない。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る内燃機関の空気量制御装置の第１実施形態を示すシステム構成図である。
図１において、エンジン１の吸気通路２には、電子制御式のスロットル弁（以下「電制スロットル弁」という）３が介装され、エンジン運転状態に基づいて制御されるアクチュエータを介して吸入空気流量が制御される。エンジン１によりファンベルトを介して駆動されて発電するオルタネータ４は、後述するマイクロコンピュータを内蔵するＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）１０からの発電電圧指令を受けてレギュレータ５により発電電圧が制御される。オルタネータ４とバッテリ６からの電力は、マイクロコンピュータを内蔵する車載電気負荷制御ユニット７を介して各車載電気負荷８に供給される。電流センサ９は、バッテリ６の充放電電流を検出し、その検出出力をＥＣＭ１０に入力する。

前記車載電気負荷制御ユニット７は、オルタネータ４やバッテリ６からの電力供給により駆動し、接続される車載電気負荷８への電力供給を制御して車載電気負荷８を駆動制御すると共に、スイッチがＯＮされ使用状態にある車載電気負荷８をＥＣＭ１０に通知する。
ＥＣＭ１０は、例えばコンピュータを内蔵してオルタネータ４やバッテリ６からの電力供給により駆動し、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ、エンジン冷却水温度を検出する水温センサ、吸入空気流量を検出するエアフローメータ、スロットル弁開度を検出するスロットルセンサ等の図示しない各種センサからの信号に基づいて検出されるエンジン運転状態に応じて電制スロットル弁３の開度を制御する。

また、ＥＣＭ１０は、電制スロットル弁３が略全閉のアイドル状態でエンジン回転数が所定以上の減速時に、燃料噴射を停止する燃料カット制御を行い、燃料カット中にレギュレータ５に対して高い発電電圧指令値を出力してオルタネータ４の回生発電によりバッテリ６を充電し、回生発電後、バッテリ電圧より低い発電電圧指令値を出力し、回生発電で蓄えた電気エネルギ分をバッテリ６から放電させてバッテリ６の充電状態（ＳＯＣ）を回生制御による充電可能な一定値に維持制御する。

更に、ＥＣＭ１０は、電流センサ９で検出されるバッテリ６の充放電電流値相当分であるバッテリ分空気補正量と、車載電気負荷ユニット７から通知されたＯＮ状態にある使用状態の車載電気負荷８の総消費電流値相当分である電気負荷分空気補正量とに基づいてオルタネータ負荷分の空気補正量を決定し、この決定したオルタネータ負荷分の空気補正量に基づいて電制スロットル弁３の開度を補正し、オルタネータ４の負荷状態に応じて吸入空気量を補正制御する。

ここで、オルタネータ４の発電電流Ｉａ、バッテリ６の充放電電流Ｉｂ及び車載電気負荷の総消費電流ＩＲは、図２に示すような関係にある。
図２（Ａ）はバッテリ充電時の場合で、オルタネータ発電電流Ｉａは、Ｉａ＝ＩＲ＋Ｉｂと表せる。また、図２（Ｂ）はバッテリ放電時の場合で、オルタネータ発電電流Ｉａは、Ｉａ＝ＩＲ−Ｉｂと表せる。

図２の関係から、バッテリ充電時のオルタネータ発電電流Ｉａは、バッテリ充電電流Ｉｂと車載電気負荷８の総消費電流値ＩＲを加算することで推定することができ、バッテリ放電時のオルタネータ発電電流Ｉａは、車載電気負荷８の総消費電流値ＩＲからバッテリ充電電流Ｉｂを減算することで推定することができる。そして、バッテリ充放電電流Ｉｂは電流センサ９で検出され、車載電気負荷８の総消費電流値ＩＲは、例えばＥＣＭ１０に予め各車載電気負荷毎の消費電流値を記憶させておくことで算出することができる。従って、オルタネータ発電電流検出用の電流センサを設けなくてもオルタネータ４の発電電流値を推定可能であることがわかる。そして、例えばバッテリ放電時では、オルタネータ４の発電電流はバッテリ６からの放電電流分少なく、その分オルタネータ負荷が低減されるので、ＯＮ状態にある使用状態の車載電気負荷８の総消費電流値相当分の電気負荷分空気補正量からバッテリ６の充放電電流値相当分のバッテリ分空気補正量を減算したものがオルタネータ負荷分の空気補正量とすることができる。

次に、第１実施形態のＥＣＭ１０による空気量補正制御動作を図３のフローチャートに従って説明する。
ステップ１（図中Ｓ１で示し、以下同様とする）で、電流センサ９からの信号によりバッテリ６が放電中か否か判定し、放電中であればステップ２に進む。
ステップ２で、電流センサ９からの入力信号からバッテリ放電電流値を読込む。

ステップ３で、例えば予め記憶させたバッテリ放電電流値とバッテリ分空気補正量との対応マップから放電電流値相当分のバッテリ分空気補正量を設定する。
ステップ４で、車載電気負荷ユニット７の通知信号に基づいてＯＮ状態にある車載電気負荷８があるか否かを判定し、ＯＮ状態にある車載電気負荷８があれば判定がＹＥＳとなりステップ５に進む。

ステップ５では、例えば実験等により求めて予め記憶させた各車載電気負荷毎の空気補正量から車載電気負荷ユニット７から通知されたＯＮ状態にある各車載電気負荷８の空気補正量を加算し、ＯＮ状態にある車載電気負荷８の総空気補正量を算出し電気負荷分空気補正量を設定する。
ステップ６で、ステップ３で設定した放電電流値相当分のバッテリ分空気補正量とＯＮ状態の車載電気負荷８がない無負荷時の消費電流分空気補正量とを比較し、小さい方を選択して後述のステップ７で使用する減算すべきバッテリ分空気補正量とする。これにより、後述のステップ７で減算するバッテリ分空気補正量の上限を無負荷時の消費電流分空気補正量に制限する。ここで、前記無負荷時の消費電流分空気補正量は、車載電気負荷ユニット７やＥＣＭ１０等の消費電流分で車両の走行制御に必要な消費電流値相当分の空気補正量である。

ステップ７で、ステップ５で設定したＯＮ状態の車載電気負荷に対応する電気負荷分空気補正量からステップ６のバッテリ分空気補正量を減算してオルタネータ負荷分の空気補正量を演算する。ここで演算されたオルタネータ負荷分空気補正量がオルタネータ４の発電電流量に対応するもので、この演算されたオルタネータ負荷分空気補正量に基づいて電制スロットル弁３の開度を補正する。

一方、ステップ４の判定がＮＯの場合はステップ８で無負荷時のオルタネータ負荷分空気補正量を演算する。
ステップ８では、前述した車両の走行制御に必要な消費電流値相当分の空気補正量である無負荷時の消費電流分空気補正量からステップ３で設定した放電電流値に対応するバッテリ分空気補正量を減算して、無負荷時におけるオルタネータ負荷分空気補正量を算出する。そして、演算されたオルタネータ負荷分空気補正量に基づいて電制スロットル弁３の開度を補正する。

図４に、第２実施形態の空気量補正制御動作のフローチャートを示す。尚、ハードウエアの構成は図１に示す第１実施形態と同様である。
ステップ１１、１２は、第１実施形態のステップ１，２と同様で、バッテリ６が放電中か否かを判断し、放電中であれば放電電流値を読込む。
ステップ１３で、車載電気負荷ユニット７の通知信号に基づいてＯＮ状態にある車載電気負荷８があるか否かを判定し、ＹＥＳであればステップ１４に進む。

ステップ１４で、例えば予め記憶させた車載電気負荷毎の消費電流値からＯＮ状態にある各車載電気負荷の消費電流値を読込み加算して総消費電流値を設定する。
ステップ１５では、ステップ１２で読込んだバッテリ放電電流値と予め記憶された無負荷時の消費電流値とを比較して小さい方を選択し、ステップ１６で使用する減算すべきバッテリ放電電流値とする。

ステップ１６では、ステップ１４で設定したＯＮ状態にある車載電気負荷８の総消費電流値からステップ１５で設定したバッテリ放電電流値を減算してオルタネータ発電電流値を演算する。
ステップ１７では、例えば予め記憶させたオルタネータ発電電流値とオルタネータ負荷分空気補正量との対応マップから、ステップ１６で演算したオルタネータ発電電流値に対応するオルタネータ負荷分空気補正量を設定する。そして、設定したオルタネータ負荷分空気補正量に基づいて電制スロットル弁３の開度を補正する。

一方、ステップ１３の判定がＮＯの場合は、ステップ１８で無負荷時のオルタネータ負荷分空気補正量を演算する。
ステップ１８では、予め記憶させた車両の走行制御に必要な無負荷時の消費電流値からステップ２で設定したバッテリ放電電流値を減算して、バッテリ放電時における無負荷時のオルタネータ発電電流値を算出する。そして、ステップ１７で、前述と同様にしてオルタネータ負荷分空気補正量を設定し、設定したオルタネータ負荷分空気補正量に基づいて電制スロットル弁３の開度を補正する。

かかる各実施形態によれば、既存のバッテリ電流検出用の電流センサ９と車載電気負荷ユニット７からの入力信号により、オルタネータ４の発電電流値に対応したオルタネータ負荷分の空気補正量を推定することができる。従って、オルタネータ４の発電電流検出用の電流センサを設けることなく、バッテリ放電中のオルタネータ４の負荷状態に応じた適切な空気補正を行うことができるので、コストが低減できると共にレイアウトが制約されることがない。また、車載電気負荷８がＯＮ状態にある場合には、減算するバッテリ分空気補正量の上限を無負荷時の消費電流相当分の空気補正量に制限したことで、車載電気負荷８がＯＮした時の突入電流相当分の空気補正量を確保することができる。

尚、バッテリ充電時では、バッテリ放電時と逆にバッテリ充電電流値相当分の空気補正量を加算するようにすればよい。

本発明に係る内燃機関の空気量制御装置の第１実施形態のシステム構成図 オルタネータ発電電流、バッテリ充放電電流及び車載電気負荷の消費電流との関係を示す図 第１実施形態の空気補正量制御動作を説明するフローチャート 第２実施形態の空気補正量制御動作を説明するフローチャート

符号の説明

１ エンジン
３ 電制スロットル弁
４ オルタネータ
５ レギュレータ
６ バッテリ
８ 車載電気負荷
９ 電流センサ
１０ ＥＣＭ

Claims (6)

1. 内燃機関により駆動されるオルタネータの負荷状態に応じて吸入空気量を補正制御する内燃機関の空気量制御装置であって、
   バッテリの充放電電流値相当分であるバッテリ分空気補正量と、ＯＮ状態にある車載電気負荷相当分である電気負荷分空気補正量とに基づいてオルタネータ負荷分の空気量補正量を決定する構成としたことを特徴とする内燃機関の空気量制御装置。
2. 前記オルタネータ負荷分の空気量補正量を、電流センサで検出されたバッテリ充放電電流値とＯＮ状態にある車載電気負荷の総消費電流値からオルタネータの発電電流値を推定し、該推定したオルタネータ発電電流値に基づいて決定する構成とした請求項１に記載の内燃機関の空気量制御装置。
3. 前記オルタネータ負荷分の空気量補正量を、電流センサで検出されたバッテリ充放電電流値から変換したバッテリ分空気量補正量とＯＮ状態にある車載電気負荷の総消費電流値相当分の電気負荷分空気補正量とに基づいて決定する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空気量制御装置。
4. バッテリ放電中であってＯＮ状態の車載電気負荷がないときは、車両の走行制御に必要な消費電流値相当分の空気補正量からバッテリの放電電流値相当分のバッテリ分空気補正量を減算して前記オルタネータ負荷分の空気量補正量を決定する構成としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の空気量制御装置。
5. バッテリ放電中であってＯＮ状態の車載電気負荷が存在するときは、前記車載電気負荷の総消費電流値相当分である電気負荷分空気補正量からバッテリの放電電流値相当分のバッテリ分空気補正量を減算して前記オルタネータ負荷分の空気量補正量を決定する構成としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の空気量制御装置。
6. 前記減算するバッテリ分空気補正量は、ＯＮ状態の車載電気負荷がないときの車両の走行制御に必要な消費電流値相当分の空気補正量を上限とすることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の空気量制御装置。

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