JP2010221894A

JP2010221894A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2010221894A
Application number: JP2009072292A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Shibagaki; 信之柴垣
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2010-10-07

Abstract

【課題】ブレーキ負圧が不足する場合に、補機の駆動制限を抑制しつつ、ブレーキ性能の低下を抑制する。
【解決手段】ブレーキ負圧回復の応答性を考慮した余裕代Ｂをブレーキ負圧要求値Ａに加算し、この加算値とブレーキ負圧の実際値とを比較してブレーキ負圧不足判定を行う（Ｓ１）。ブレーキ負圧が不足している場合は、ブレーキ負圧の実際値とブレーキ負圧要求値Ａとの差であるブレーキ負圧不足分に基づいてＩＳＣ補正量を算出して吸入空気量を減少させ（Ｓ３）、かつ、ブレーキ負圧不足分に基づいて算出されるエアコン・デューティ値の制限値Ｅを上限値としてエアコンの負荷制限を行う（Ｓ４）。また、ブレーキ負圧要求値Ａとブレーキ負圧の実際値とを比較してブレーキ負圧回復判定を行い（Ｓ５）、ブレーキ負圧が不足状態から回復した場合に、エアコンの負荷制限を解除する（Ｓ６）。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両用内燃機関の制御装置に関し、特に、内燃機関によって駆動される補機の負荷制御に関する。

特許文献１には、車両用内燃機関の制御装置において、内燃機関のスロットル弁下流の吸気通路に負圧通路を介して接続されるブレーキブースタと、内燃機関によって駆動されるエアコンと、を備え、内燃機関の成層燃焼中にブレーキブースタを駆動するために必要なブレーキ負圧が確保されていない場合に、エアコンの駆動停止を行うと共に吸入空気量を減少させて必要なブレーキ負圧を確保することが開示されている。

特開２０００−０７３８１０号公報

しかしながら、特許文献１記載のように、必要なブレーキ負圧が確保されていない状態（すなわち、ブレーキ負圧不足状態）にあるときに吸入負圧を大きくするためスロットル弁を閉じると同時にエアコンの駆動停止を行うと、ブレーキ負圧の不足が発生する運転域で加減速を繰り返す場合に、エアコンの停止頻度が多くなり、必然的にエアコンの停止時間割合が増えるので、エアコンの冷え不良、あるいは窓のくもりが発生するという問題がある。

また、ブレーキ負圧不足状態に陥ってからエアコンの駆動停止を行っても、エアコンを駆動停止してからスロットル弁開度の減少により吸入負圧が大きくなって必要なブレーキ負圧が確保されるまで（すなわち、ブレーキ負圧が回復するまで）の間は、必要なブレーキ負圧が確保されていないので、ブレーキ性能が低下するという問題がある。

本発明は、これらの問題に鑑み、ブレーキ負圧が不足する場合に、エアコンなどの補機の駆動制限を抑制しつつ、ブレーキ性能の低下を抑制することを目的とする。

このため本発明では、ブレーキ負圧の実際値を検出する実負圧検出手段と、ブレーキ負圧の要求値を算出する要求負圧算出手段と、ブレーキ負圧回復の応答性に基づいてブレーキ負圧の要求値を真空側に補正する要求負圧補正手段と、検出されたブレーキ負圧の実際値と、補正後のブレーキ負圧の要求値と、に基づいて、ブレーキ負圧が不足しているか否かを判定する負圧不足判定手段と、ブレーキ負圧が不足していると判定された後に検出されたブレーキ負圧の実際値と、補正前のブレーキ負圧の要求値と、に基づいて、ブレーキ負圧が回復しているか否かを判定する負圧回復判定手段と、を備える。また、ブレーキ負圧が不足している場合に、補機の負荷制限を行い、かつ、ブレーキ負圧が回復した場合に、補機の負荷制限の解除を行う。

本発明によれば、ブレーキ負圧回復の応答性に基づいて補正したブレーキ負圧の要求値を用いてブレーキ負圧不足判定を行うことにより、ブレーキ負圧不足状態に陥ってからブレーキ負圧不足判定を行う場合に比べて、早期に補機の負荷制限を開始することができるので、ブレーキ負圧が不足する期間を短縮することができる。これにより、補機の駆動が制限される期間を短縮することができると共に、ブレーキ性能が低下する期間を短縮することができる。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関のシステムの概略構成図同上実施形態におけるコンプレッサ発生仕事量とＩＳＣ補正量との関係を示す図同上実施形態における機関回転数、ＩＳＣ補正量、及びブレーキ負圧の低下分の関係を示す図同上実施形態におけるＩＳＣ制御及びエアコン負荷制御のメインフローチート同上実施形態におけるブレーキ負圧不足判定処理のフローチャート同上実施形態における車速とブレーキ負圧要求値との関係を示す図同上実施形態における機関回転数とブレーキ負圧回復の応答性を考慮した余裕代との関係を示す図同上実施形態におけるＩＳＣ制御及びエアコン負荷制御のタイムチャート図８に示すＩＳＣ制御の変形例を示すタイムチャート

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態における車両用内燃機関（以下、エンジンという）のシステムの概略構成を示す。

エンジン１の吸気通路２には、電子制御スロットル弁３が設けられている。この電子制御スロットル弁３は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４からの出力信号により開度を制御され、これにより吸入空気量が制御される。

電子制御スロットル弁３の下流側の吸気通路２から分岐する負圧通路５には、ブレーキブースタ（負圧式制動倍力装置）６が接続されている。これにより、電子制御スロットル弁３の下流側の吸気通路２で発生する負圧が負圧通路５を介してブレーキブースタ６に導かれる。ブレーキブースタ６にはブレーキペダル７が連結されている。ブレーキペダル７に踏力が加えられると、ブレーキブースタ６は、吸気通路２から導かれた負圧を利用して踏力に対して所定の倍力比を有するアシスト力を発生する。ブレーキブースタ６で発生したアシスト力は、マスタシリンダ（図示せず）を介してホイルシリンダ（図示せず）に供給され、車輪（図示せず）の回転を減速させる制動力となる。ブレーキブースタ６の負圧室（図示せず）には、負圧室内の負圧（以下、ブレーキ負圧という）の実際値を検出する圧力センサ（実負圧検出手段）８が備えられている。圧力センサ８は、検出したブレーキ負圧の実際値に対応する信号をＥＣＵ４に出力する。

そして、負圧通路５との分岐点より下流側の吸気通路２（吸気ポート）に燃料を噴射するように、電磁式の燃料噴射弁９が設けられている。この燃料噴射弁９は、ＥＣＵ４から機関回転に同期して出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射するようになっている。尚、燃料噴射弁９は、吸気ポートに燃料を噴射するように配置する他、エンジン１の燃焼室内に直接噴射するように配置してもよい。

エンジン１の出力軸であるクランク軸（図示せず）の回転は、適当な動力伝達機構を介して補機であるエアコン用の可変容量型コンプレッサ１０に伝達される。ＥＣＵ４は、車内温度を設定温度に制御すべく、デューティ制御によりコンプレッサ１０の吐出容量を制御してエアコンの負荷を制御する。例えば、測定された車内温度と設定温度とを比較し、車内温度が設定温度より高ければ、車内温度を設定温度に近づけるべく、エアコン・デューティ値を上げる一方、車内温度が設定温度より低ければ、車内温度を設定温度に収束させるべく、エアコン・デューティ値を下げる。

ＥＣＵ４には、アクセルペダルの踏み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ１１、エンジン１のクランク軸又はカム軸回転よりクランク角度と共に機関回転数を検出可能なクランク角センサ１２、吸気通路２にて吸入空気量を検出するエアフローメータ１３、エンジン１の冷却水温を検出する水温センサ１４、車両の走行速度（実車速）を検出する車速センサ１５、エアコンの冷媒圧（吐出圧力）を検出する冷媒圧センサ１６などの各種センサからの信号が入力される。ＥＣＵ４は、これらの入力信号を受けて、エンジン１の各種制御のための演算を行うが、ここでは特に、減速時を含むアイドル時に、ブレーキ負圧の不足によるブレーキ性能の低下を抑制すべく、エアコンの負荷及びエンジン１の吸入空気量を制御する。

尚、本実施形態において、アイドル時の吸入空気量制御は、いわゆるＩＳＣ制御を用いている。このＩＳＣ制御では、アイドル時に、機関回転数が、エンジン１の冷却水温をパラメータとする目標アイドル回転数となるように電子制御スロットル弁３の開度を制御して吸入空気量を制御する。また、アイドル時に、エアコン用のコンプレッサ１０の発生仕事量に応じてＩＳＣ補正量を算出し、このＩＳＣ補正量の増減に応じて吸入空気量を増減する制御を行う。

図２は、コンプレッサ１０の発生仕事量とＩＳＣ補正量との関係を示す。図に示すように、コンプレッサ１０の発生仕事量が増加するほど、ＩＳＣ補正量を増加させる。これにより、コンプレッサ１０の発生仕事量が増加するほど、吸入空気量が増加する。ここで、コンプレッサ１０の発生仕事量は、エアコンの冷媒圧（吐出圧力）と、エアコン・デューティ値（吐出容量）と、に基づいて算出される。

コンプレッサ１０の発生仕事量の増加に応じて電子制御スロットル弁３の開度を増大させて吸入空気量を増加させると、吸気通路２内の負圧が低下するので（大気圧側になるので）、ブレーキ負圧も低下する（大気圧側になる）。このブレーキ負圧の低下分を、図３を用いて説明する。

図３は、機関回転数、ＩＳＣ補正量、及びブレーキ負圧の低下分Ｃの関係を示すマップである。

このマップは、機関回転数が高くなるほど、ブレーキ負圧の低下分Ｃが小さくなること、及び、ＩＳＣ補正量が大きくなるほど（すなわち、吸入空気量が増加するほど）、ブレーキ負圧の低下分Ｃが大きくなることを示している。ここで、ブレーキ負圧の低下分Ｃが大きくなるほど、ブレーキ負圧は大気圧に近づく。

このようにブレーキ負圧が低下することに起因するブレーキ負圧不足を抑制するために、ＥＣＵ４では、後述する図４及び図５に示す処理を行って、エアコンの負荷及びエンジン１の吸入空気量を制御する。

図４は、本実施形態におけるＩＳＣ制御（吸入空気量制御）及びエアコン負荷制御のメインフローを示し、図５は、ブレーキ負圧不足判定処理のフローを示す。また、図６は、車速とブレーキ負圧要求値との関係を示し、図７は、機関回転数と、ブレーキ負圧回復の応答性を考慮した余裕代と、の関係を示す。尚、図４及び図５に示すフローは、所定周期で繰り返し実行される。

ＥＣＵ４は、図４のステップＳ１にて、ブレーキ負圧が不足しているか否かを判定する。このブレーキ負圧不足判定は、具体的には、図５に示すブレーキ負圧不足判定処理にて実行される。図５のステップＳ１１では、アクセル開度センサ１１からの信号に基づいて、アイドル時であるか否かの判定を行う。

アイドル時である場合は、ステップＳ１２に進み、ブレーキ制動が要求される減速時の燃料カット（Ｆ／Ｃ）中であるか否かの判定を行う。一方、アイドル時ではない場合は、後述するステップＳ１７に進む。

ステップＳ１２にて燃料カット中であると判定された場合には、ステップＳ１３に進む。一方、ステップＳ１２にて燃料カット中ではないと判定された場合には、後述するステップＳ１７に進む。

ステップＳ１３では、車速センサ１５にて検出された車速に基づいて、図６に示す車速とブレーキ負圧要求値Ａとの関係を用いて、ブレーキ負圧要求値Ａを算出する。ここで、ブレーキ負圧要求値Ａは、ブレーキブースタ６でアシスト力を発生させるために要求されるブレーキ負圧の下限値（最も大気圧側の値）であり、図６に示すように、車速が高くなるほど、ブレーキ負圧要求値Ａは大きくなる（真空側になる）。これは、車速が高くなるほど、ブレーキの制動力が要求されるからである。尚、ステップＳ１３により、本発明における要求負圧算出手段の機能が実現される。

ステップＳ１３にてブレーキ負圧要求値Ａを算出した後に、ステップＳ１４に進み、クランク角センサ１２にて検出された機関回転数に基づいて、図７に示す機関回転数とブレーキ負圧回復の応答性を考慮した余裕代Ｂ（以下、余裕代Ｂという）との関係を用いて、余裕代Ｂを算出する。ここで、余裕代Ｂは、ブレーキ負圧要求値Ａに、空気の応答遅れを反映するための補正値であり、図７に示すように、機関回転数が低くなるほど、余裕代Ｂは大きくなる（真空側になる）。尚、ステップＳ１４により、本発明における要求負圧補正手段の機能が実現される。

ステップＳ１４にて余裕代Ｂを算出した後に、ステップＳ１５に進み、圧力センサ８にて検出されたブレーキ負圧の実際値と、ブレーキ負圧要求値Ａ及び余裕代Ｂの和と、を比較する。尚、ステップＳ１５により、本発明における負圧不足判定手段の機能が実現される。

ステップＳ１５での比較にて、「ブレーキ負圧の実際値＜ブレーキ負圧要求値Ａ＋余裕代Ｂ」である場合、すなわち、ブレーキ負圧要求値Ａ及び余裕代Ｂの和に比べて、ブレーキ負圧の実際値が大気圧側である場合には、ステップＳ１６に進み、ブレーキ負圧が不足していると判定してブレーキ負圧不足判定処理を終了すると共に、図４に示すステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、以下に示す式（１）によりブレーキ負圧不足分を算出する。

ブレーキ負圧不足分＝ブレーキ負圧の実際値−ブレーキ負圧要求値Ａ・・・（１）

ここで、ブレーキ負圧不足分は、ブレーキ負圧要求から見たエアコン負荷超過分に対応している。すなわち、ブレーキ負圧の不足分は、エアコン負荷の超過分を抑制することにより、低減可能である。

式（１）を用いてブレーキ負圧不足分を算出した後に、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、まず、算出したブレーキ負圧不足分と、前述した図３と、を用いて、ＩＳＣ補正量の見込み減量値Ｄを算出する。具体的には、ブレーキ負圧不足分をブレーキ負圧低下分Ｃとして図３に用い、更に機関回転数を図３に用いてＩＳＣ補正量を算出し、この算出したＩＳＣ補正量に基づいてＩＳＣ補正量の見込み減量値Ｄを算出する。ここで、ＩＳＣ補正量の見込み減量値Ｄは、ブレーキ負圧要求から見たエアコン負荷超過分に対応している。

次に、算出したＩＳＣ補正量の見込み減量値Ｄを用いて、以下に示す式（２）によりＩＳＣ補正量を算出する。

ＩＳＣ補正量＝前回のＩＳＣ補正量−ＩＳＣ補正量の見込み減量値Ｄ・・・（２）

ここで、前回のＩＳＣ補正量とは、今回より所定周期前におけるＩＳＣ補正量である。

そして、式（２）を用いてエアコン負荷の超過分だけ減算したＩＳＣ補正量を用いてＩＳＣ制御を行って吸入吸気量を減少させることにより、ブレーキ負圧の不足分の低減を図る。

この後、ステップＳ４に進み、まず、式（２）を用いて算出したＩＳＣ補正量と、前述した図２と、を用いて、エアコン・デューティ値の制限値Ｅを算出する。具体的には、式（２）を用いて算出したＩＳＣ補正量を図２に用いてコンプレッサ１０の発生仕事量を算出し、このコンプレッサ１０の発生仕事量とエアコンの冷媒圧とに基づいて、エアコン・デューティ値の制限値Ｅが算出される。次に、算出されたエアコン・デューティ値の制限値Ｅを上限値としてエアコン・デューティ値を制限して、図４に示すＩＳＣ制御及びエアコン負荷制御を終了する。

尚、前述のステップＳ２〜ステップＳ４は、ブレーキ負圧不足時の初回で実行される処理である。ブレーキ負圧不足時の２回目以降は、ステップＳ２ではブレーキ負圧不足分を初回に算出された値で維持し、ステップＳ３ではブレーキ負圧の実際値がブレーキ負圧要求値ＡになるまでＩＳＣ補正値を初回に算出された値で維持し、その後はエアコン・デューティ値に応じてＩＳＣ補正量を算出し、ステップＳ４ではエアコン・デューティ値の制限値Ｅを初回に算出された値で維持する。

図５に示すステップＳ１５での比較にて、「ブレーキ負圧の実際値≧ブレーキ負圧要求値Ａ＋余裕代Ｂ」である場合、すなわち、ブレーキ負圧要求値Ａ及び余裕代Ｂの和に比べて、ブレーキ負圧の実際値が同等もしくは真空側である場合には、ステップＳ１７に進む。

ステップＳ１７では、前回のブレーキ負圧不足判定処理で、ブレーキ負圧が不足していると判定されたか否かを判定する。

ステップＳ１７にて前回処理でブレーキ負圧が不足していなかったと判定された場合は、ブレーキ負圧不足判定処理を終了すると共に、図４に示すステップＳ５を経て、図４に示すＩＳＣ制御及びエアコン負荷制御を終了する。

一方、ステップＳ１７にて前回処理でブレーキ負圧が不足していたと判定された場合は、ステップＳ１８に進み、ブレーキ負圧の実際値が上昇に転じ、かつ、ブレーキ負圧の実際値がブレーキ負圧要求値Ａを超えたか否かを判定する。換言すれば、ステップＳ１８では、ブレーキ負圧の実際値が真空側に向かい、かつ、ブレーキ負圧要求値Ａに比べてブレーキ負圧の実際値が真空側であるか否かを判定する。尚、ステップＳ１８により、本発明における負圧回復判定手段の機能が実現される。

ステップＳ１８での判定でＹｅｓの場合には、ステップＳ１９に進み、ブレーキ負圧が不足状態から回復したと判定してブレーキ負圧不足判定処理を終了する。そして、図４に示すステップＳ５を経てステップＳ６に進み、前回処理のステップＳ４にて行われたエアコン・デューティ値の制限を解除し、設定温度に応じたエアコン・デューティ値に戻して、図４に示すＩＳＣ制御及びエアコン負荷制御を終了する。

一方、ステップＳ１８での判定でＮｏの場合には、ブレーキ負圧不足判定処理を終了し、図４に示すステップＳ５を経て、図４に示すＩＳＣ制御及びエアコン負荷制御を終了する。

図８は、図４及び図５を参照しつつ説明したＩＳＣ制御及びエアコン負荷制御のタイムチャートである。

エアコンの駆動によりブレーキ負圧の実際値が低下し（大気圧側になり）、時刻ｔ_１にて、ブレーキ負圧要求値Ａ及び余裕代Ｂの和に比べて、ブレーキ負圧の実際値が大気圧側になると、ブレーキ負圧が不足していると判定され（Ｓ１５、Ｓ１６）、ブレーキ負圧不足判定フラグがＯＮになる。このときに、エアコン負荷の超過分に対応するＩＳＣ補正量の見込み減量値Ｄがブレーキ負圧不足判定前（時刻ｔ_１の直前）のＩＳＣ補正量から減算され（Ｓ３）、かつ、エアコン・デューティ値の上限値を制限値Ｅとして、エアコン負荷の制限を開始する（Ｓ４）。

この後、ブレーキ負圧の実際値がブレーキ負圧要求値Ａになる時刻ｔ_２までの間は、空気応答を考慮して、ＩＳＣ補正量は、ＩＳＣ補正量の見込み減量値Ｄ分減算された値を維持する。

時刻ｔ_２を過ぎると、エアコン・デューティ値の上限値を制限値Ｅとしつつ、設定温度に応じたエアコン・デューティ値に基づいて、ＩＳＣ補正量を徐々に増加させる。

時刻ｔ_２以降、ブレーキ負圧要求値Ａに比べて大気圧側であったブレーキ負圧の実際値が、時刻ｔ_３にて、ブレーキ負圧要求値Ａに比べて真空側になると、ブレーキ負圧が不足状態から回復したと判定され（Ｓ１８、Ｓ１９）、ブレーキ負圧不足判定フラグがＯＦＦになる。このときに、エアコン・デューティ値の上限値を制限値Ｅとするエアコン負荷の制限は解除され（Ｓ６）、エアコン・デューティ値は、設定温度に対応した値に段階的に戻っていく。

図９は、図８に示したＩＳＣ制御の変形例を示すタイムチャートである。

ここでは、図８に示したＩＳＣ制御と異なる点について、説明する。

本変形例では、時刻ｔ_２を過ぎると、ＩＳＣ補正量を予め設定された比率で増加させる。そして、ブレーキ負圧が不足状態から回復した時刻ｔ_３にて、ＩＳＣ補正量を、ブレーキ負圧不足判定前（時刻ｔ_１の直前）の値に戻す。

本実施形態によれば、ブレーキ負圧回復の応答性を考慮した余裕代Ｂをブレーキ負圧要求値Ａに加算することにより、ブレーキ負圧要求値Ａに空気の応答遅れを反映させる補正を行い、この補正後のブレーキ負圧要求値Ａ（ブレーキ負圧要求値Ａ＋余裕代Ｂ）に基づいてブレーキ負圧不足判定を行うので（Ｓ１５）、ブレーキ負圧不足状態に陥ってからブレーキ負圧不足判定を行う場合に比べて、早期にエアコンの負荷制限を開始することができる。これにより、ブレーキ負圧が不足する期間を短縮することができるので、エアコンの負荷制限期間を短縮してエアコンの冷房性能低下を最小限に抑えることができると共に、ブレーキ性能が低下する期間を短縮することができる。

尚、本実施形態では、ブレーキ負圧の実際値として、圧力センサ８からの検出値を用いているが、この他、エアフローメータ１３にて検出された吸入空気量あるいは電子制御スロットル弁３の開度など、エンジン１の運転状態及びその履歴に基づく推定値を用いることも可能である。

また本実施形態では、補機としてエアコンを代表させたが、他の補機について、ブレーキ負圧が不足している場合に負荷制限を行い、かつ、ブレーキ負圧が回復した場合に負荷制限の解除を行うことも可能である。

１エンジン（内燃機関）
２吸気通路
３電子制御スロットル弁
４電子制御ユニット（ＥＣＵ）
５負圧通路
６ブレーキブースタ
７ブレーキペダル
８圧力センサ
９燃料噴射弁
１０エアコン用コンプレッサ
１１アクセル開度センサ
１２クランク角センサ
１３エアフローメータ
１４水温センサ
１５車速センサ
１６冷媒圧センサ

Claims

車両用内燃機関によって駆動される補機の負荷を制御する内燃機関の制御装置であって、
ブレーキ負圧の実際値を検出する実負圧検出手段と、
ブレーキ負圧の要求値を算出する要求負圧算出手段と、
ブレーキ負圧回復の応答性に基づいてブレーキ負圧の要求値を真空側に補正する要求負圧補正手段と、
検出されたブレーキ負圧の実際値と、前記補正後のブレーキ負圧の要求値と、に基づいて、ブレーキ負圧が不足しているか否かを判定する負圧不足判定手段と、
ブレーキ負圧が不足していると判定された後に検出されたブレーキ負圧の実際値と、前記補正前のブレーキ負圧の要求値と、に基づいて、ブレーキ負圧が回復しているか否かを判定する負圧回復判定手段と、を備え、
ブレーキ負圧が不足している場合に、前記補機の負荷制限を行い、かつ、ブレーキ負圧が回復した場合に、前記補機の負荷制限の解除を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。