JP2013133750A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同時に複数の外部負荷の作動が要求されたときにエンジン回転数が大きく落ち込む問題を回避する。
【解決手段】エンジン回転数が所定以下である、またはエンジン回転数の単位時間あたりの低下量が所定以上である場合において、複数の外部負荷の作動要求が略同時にまたは所定時間内に続けて発生したときには、それら外部負荷を予め定められた優先順位に従って起動する。複数の外部負荷を略同時にまたは短期間内に一斉に起動するのではなく、優先順位に則って順次起動することとしたため、複数の外部負荷の稼働に対応して内燃機関の出力を増大させる補正制御（吸気量及び燃料噴射量の増加）が間に合い、エンジンストールに陥るようなエンジン回転数の落ち込みを防止できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両等に搭載される内燃機関及び内燃機関の出力を利用して作動する複数の外部負荷を制御する制御装置に関する。

自動車には、その走行駆動力を発生させる内燃機関の出力を利用して作動する様々な外部負荷が搭載されている（例えば、下記特許文献を参照）。

具体的に述べると、エアコンディショナのコンプレッサは、機関のクランクシャフトから回転トルクの伝達を受けて冷媒圧縮動作を行い、車内の冷房に寄与する。また、エアコンディショナに付帯する送風用のブロワ（または、ファン）や、リアガラスの曇りを取るデフォッガは、車載のバッテリまたはオルタネータ（発電機）から電力供給を受けて動作するが、その電力を生み出すオルタネータもまた、クランクシャフトから回転トルクの伝達を受けて発電を行う。つまり、コンプレッサは直接的に内燃機関の出力を利用しており、ブロワやデフォッガは（オルタネータによる機械エネルギから電気エネルギへの変換を介して）間接的に内燃機関の出力を利用している。

エンジン回転数が降下する減速時、または元よりエンジン回転数が低い状況（アイドル時等）において、複数の外部負荷が同時に起動されたときには、それら外部負荷の作動に必要な出力を確保するべく、内燃機関の気筒に充填される吸気量及び燃料噴射量を増加させる補正制御を実行することが通例である。しかしながら、この補正が内燃機関に対する負荷の急増に間に合わず、エンジン回転数が大きく落ち込むことがあり、最悪の場合エンジンストールを引き起こすおそれもあった。

特開２０１０−１３８８７７号公報

本発明は、同時に複数の外部負荷の作動が要求されたときにエンジン回転数が大きく落ち込む問題を回避することを所期の目的としている。

本発明では、内燃機関及び内燃機関の出力を利用して作動する複数の外部負荷を制御するものであって、エンジン回転数が所定以下である、またはエンジン回転数の単位時間あたりの低下量が所定以上であるという条件のうち少なくとも一方が成立する場合において、複数の外部負荷の作動要求が略同時にまたは所定時間内に続けて発生したときには、それら外部負荷を予め定められた優先順位に従って起動することを特徴とする制御装置を構成した。

さらに、前記外部負荷の少なくとも一つの作動に必要な電力を供給するバッテリの充電量またはオルタネータの発電量を検知し、前記充電量または前記発電量と、エンジン回転数またはその単位時間あたりの低下量とに応じて、前記優先順位を変更するようにしてもよい。

本発明によれば、同時に複数の外部負荷の作動が要求されたときにエンジン回転数が大きく落ち込む問題を回避することが可能となる。

本発明の一実施形態における内燃機関の全体構成を示す図。 同実施形態における制御装置がエアコンディショナのコンプレッサや各種電気負荷を作動させるための電気回路を示す図。 同実施形態における制御装置が実行する処理の手順を示す図。

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用内燃機関の概要を示す。この内燃機関は、筒内直接噴射式のものであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）と、各気筒１内に燃料を噴射するインジェクタ１１と、各気筒１に吸気を供給するための吸気通路３と、各気筒１から排気を排出するための排気通路４と、吸気通路３を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機５と、排気通路４から吸気通路３に向けてＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）ガスを還流させる外部ＥＧＲ装置２とを具備している。

吸気通路３は、外部から空気を取り入れて気筒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、過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３２、電子スロットルバルブ３３、サージタンク３４、吸気マニホルド３５を、上流からこの順序に配置している。

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、過給機５の駆動タービン５２及び三元触媒４１を配置している。加えて、タービン５２を迂回する排気バイパス通路４３、及びこのバイパス通路４３の入口を開閉するバイパスバルブであるウェイストゲートバルブ４４を設けてある。ウェイストゲートバルブ４４は、アクチュエータに制御信号ｌを入力することで開閉操作することが可能な電動ウェイストゲートバルブであり、そのアクチュエータとしてＤＣサーボモータを用いている。

排気ターボ過給機５は、駆動タービン５２とコンプレッサ５１とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン５２を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ５１にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。

外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものである。外部ＥＧＲ通路の入口は、排気通路４におけるタービン５２の上流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３３の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３４に接続している。外部ＥＧＲ通路上にも、ＥＧＲクーラ２１及びＥＧＲバルブ２２を設けてある。

内燃機関を搭載した車両には、複数の外部負荷が付随する。外部負荷の具体例として、エアコンディショナの冷媒圧縮用コンプレッサや、各種の電気負荷、例えば、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、フォグランプ、ウィンカ（ターンシグナルランプ）等）、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を挙げることができる。

コンプレッサは、内燃機関のクランクシャフトから回転トルクの伝達を受けて回転駆動され、冷媒を圧縮する。図２に示すように、コンプレッサとクランクシャフトとの間には、断接切換可能なマグネットクラッチ６１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、このマグネットクラッチ６１に車載バッテリ６２及び／またはオルタネータ６３からの電流を通電し、マグネットクラッチ６１を締結する。逆に、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６１に通電せず、クラッチ６１を切断する。マグネットクラッチ６１への通電及びその遮断は、リレースイッチ６４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６６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６８は、バッテリ６２及び／またはオルタネータ６３から電力供給を受けて作動する。モータ６６やヒータ６８への通電及びその遮断は、リレースイッチ６７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）６９の点弧／消弧によって行う。

オーディオ機器、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。

電気負荷への電力供給の源であるオルタネータ６３は、内燃機関のクランクシャフトから回転トルクの伝達を受けて回転駆動され、発電する。オルタネータ６３は、ベルト及びプーリを要素とする巻掛伝動機構等を介してクランクシャフトに接続している。オルタネータ６３が発電し出力する電圧の大きさは、レギュレータ６５を介して制御することができる。レギュレータ６５は、オルタネータ６３に付帯するＩＣ式の既知のもので、オルタネータ６３のフィールドコイルへの通電をＯＮ／ＯＦＦ切り替えするスイッチング動作を行う。

オルタネータ６３の出力電圧、即ちオルタネータ６３のステータコイルに誘起される電圧は、フィールドコイルを流れるフィールド電流のＤＵＴＹ比であるｆＤＵＴＹに比例して大きくなる。レギュレータ６５は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０からオルタネータの出力電圧を指令する信号ｒを受け付け、その指令された出力電圧を実現するようにｆＤＵＴＹを調節するＰＷＭ制御を行う。このＰＷＭ制御により、オルタネータ６３の発電する電力を増減させることができる。オルタネータ６３による発電量、換言すればバッテリ６２への充電量及び／または電気負荷への給電量は、ｆＤＵＴＹが高いほど増加し、ｆＤＵＴＹが低いほど減少する。

広汎に普及している車両用オルタネータ６３のレギュレータ６５では、オルタネータ６３の出力電圧を二段階、例えば１４．５Ｖまたは１２．８Ｖに切り替えることができる。この場合のＥＣＵ０は、レギュレータ６５に対し、オルタネータ６３の出力電圧をＨＩ電位＝１４．５Ｖとするか、ＬＯ電位＝１２．８Ｖとするかを指令する信号ｒを入力する。

因みに、レギュレータ６５として、オルタネータ６３の出力電圧を所定範囲、例えば１２Ｖ〜１５．５Ｖの間で連続的に変えることのできるリニアレギュレータを採用することもできる。この場合のＥＣＵ０は、レギュレータ６５に対し、オルタネータ６３の出力電圧を範囲内の何れの値にするかを指令する信号ｒを入力する。

オルタネータ６３のＬＯ電位または最低出力電圧は、バッテリ６２の電圧以下またはバッテリ６２の電圧に近い低電圧に定めることが望ましい。バッテリ電圧はバッテリ６２の充電状態等に応じて上下するものの、通常は所定電圧、例えば１２Ｖ以上である。

オルタネータ６３は、内燃機関から見れば機械的な負荷となる。オルタネータ６３の出力電圧がバッテリ６２の電圧を超越するとき、バッテリ６２が充電され、かつオルタネータ６３から電気負荷に電力が供給される。つまり、オルタネータ６３がクランクシャフト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。バッテリ６２への充電量及び電気負荷への給電量は、オルタネータ６３の出力電圧とバッテリ電圧との電位差に依存する。

逆に、オルタネータ６３の出力電圧がバッテリ電圧に満たないか、バッテリ電圧に近いときには、バッテリ６２が充電されず、またオルタネータ６３からは電気負荷に電力が供給されない（バッテリ６２から電気負荷に電力供給されることはある）。つまり、オルタネータ６３がクランクシャフト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からレギュレータ６５に高い出力電圧を指令すると、エンジン回転に対するオルタネータ６３の機械負荷が増し、低い出力電圧を指令すると、エンジン回転に対するオルタネータ６３の機械負荷が減る。

内燃機関及び外部負荷の制御装置たる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。

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エンジン回転信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３３の開度をアクセル開度（いわば、要求出力）として検出するアクセル開度センサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３４）内の吸気温及び吸気圧（または、過給圧）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ｄ、車載バッテリ６２の充電状態を示唆する指標（バッテリ電流、バッテリ電圧、及び／または、バッテリ温度）を検出するセンサから出力されるバッテリ状態信号ｅ、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ｆ、エアコンディショナの冷媒の圧力を検出する圧力センサから出力される冷媒圧信号ｇ、機関の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ｈ等が入力される。作動要求信号ｆ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等から発される信号であったりする。

出力インタフェースからは、点火プラグ（のイグニッションコイル）に対して点火信号ｉ、ＥＧＲバルブ２２に対して開度操作信号ｊ、スロットルバルブ３３に対して開度操作信号ｋ、ウェイストゲートバルブ４４に対して開度操作信号ｌ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｍ、マグネットクラッチ６１に通電する電気回路上のスイッチ６４に対してクラッチ締結信号ｏ、モータ６６やヒータ６８その他の電気負荷に通電する電気回路上のスイッチ６７、６９に対してスイッチＯＮ信号ｏ、ｐ、ｑ、オルタネータ６３が発電する電圧を制御する電圧レギュレータ６５に対して電圧指示信号ｒ等を出力する。

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、ｈ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、ＥＧＲ量（または、ＥＧＲ率）及びＥＧＲバルブ２２、エアコンディショナのコンプレッサのＯＮ／ＯＦＦ、ブロワのＯＮ／ＯＦＦ、デフォッガのＯＮ／ＯＦＦ、その他各種電気負荷のＯＮ／ＯＦＦ、オルタネータ６３による出力電圧等といった各種運転パラメータを決定する。しかして、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｏ、ｐ、ｑ、ｒを出力インタフェースを介して印加する。

本実施形態のＥＣＵ０は、エンジン回転数が所定以下である、及び／または、エンジン回転数の単位時間あたりの低下量が所定以上である場合において、複数の外部負荷の作動要求が同時に、または所定時間内に続けて発生したときに、それら外部負荷を予め定められた優先順位に従って起動する。

例えば、運転者または搭乗者がエアコンディショナを稼働させるべく操作スイッチを操作したとき、またはオートエアコンＥＣＵがエアコンディショナを稼働させるべきであると判断してその旨を指令する信号を発したときには、冷媒を圧縮するコンプレッサと送風するブロワとを同時期に起動することが要求される。また、運転者または搭乗者がエアコンディショナとデフォッガとをともに稼働させるべく操作スイッチを操作したときには、コンプレッサ及びブロワに加えてデフォッガをも同時期に起動しなければならなくなる。その上、内燃機関の冷却水温が高ければ、ラジエータファンを回転駆動して冷却水を冷却することも求められる。電気負荷が増大すれば、オルタネータ６３による発電量も増大させざるを得ない。

このように、複数の外部負荷を同時期に作動させることが要求され、その要求に応じて複数の外部負荷を一斉に起動した結果、内燃機関に対する（コンプレッサ及びオルタネータ６３による）機械負荷が急増して、エンジン回転数を落ち込ませることになる。エンジン回転数の大きな落ち込みは、ドライバビリティやドライブフィーリングに悪影響を及ぼし、エンジンストールを招く可能性も否定できない。

そこで、本実施形態では、エンジン回転数の落ち込みの問題が顕在化する状況、即ちエンジン回転数が既に所定以下であるか、エンジン回転数の単位時間あたりの低下量が所定以上である減速期において、作動させることを要求された各外部負荷を、設定された優先順位に則り、時間間隔を空けて順次起動することとしている。

既に述べた通り、内燃機関に対する外部負荷には種々のものが存在する。その中で、ヘッドランプ、ウィンカ等の照明灯や、冷却水を空冷するラジエータファン、電動パワーステアリング装置は、車両の運転の保安上、これを作動させるべき旨の要求があるときに即座に作動させなければならない性質のものであるので、最優先に（要求に対して即時に）作動させる。

これと比較して、エアコンディショナ、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等は、作動させる優先順位が高くないと言える。さらに、エアコンディショナのコンプレッサやデフォッガ等は、作動要求に対して即時に起動しなくとも運転者または搭乗者に気づかれにくいため、優先順位が低くなる。

以降、説明の簡明化のため、外部負荷のうち、エアコンディショナの冷媒圧縮用コンプレッサ、エアコンディショナの送風用ブロワ、デフォッガに主眼を置いて詳述する。作動要求に対して即時に起動しなくとも運転者または搭乗者に気づかれにくい順は、
（一位）コンプレッサ；ブロワが作動していれば、とりあえず運転者または搭乗者はエアコンディショナが稼働しているものと認識する
（二位）デフォッガ；デフォッガを起動しても窓の曇りはすぐには消えない
（三位）ブロワ；ブロワが作動しないと、運転者または搭乗者はエアコンディショナが故障したものと誤解する
であると考えられる。他方、内燃機関に対する負荷が大きい順は、
（一位）コンプレッサ
（二位）デフォッガ
（三位）ブロワ
である。

原則的に、複数の外部負荷を作動させるべき旨の要求があったときの優先順位は、起動しないと運転者または搭乗者に気づかれやすい（違和感を与える）順に設定することが好ましい。また、エンジン回転数の大きな落ち込み、ひいてはエンジンストールを回避するという目的に照らせば、内燃機関に対する負荷がより小さいものは優先順位をより高くすることができる。この原則に従えば、上記の外部負荷の起動の優先順位は、
（一位）ブロワ
（二位）デフォッガ
（三位）コンプレッサ
と設定することになる。

但し、外部負荷の作動の優先順位は、恒常的に一定であるとは限られない。ＥＣＵ０が、現在バッテリ６２に蓄えている電荷の充電量、または現在のオルタネータ６３の発電量の多寡に応じて、外部負荷の作動の優先順位を変えるようにしても構わない。

特に、バッテリ６２の充電量が比較的高く、またはオルタネータ６３の発電量が比較的低い状況では、電力供給能力に未だ余裕があるので、消費電力の大小によらず、作動していないことが運転者または搭乗者に気づかれやすいものから順に外部負荷を起動することが好ましい。翻って、バッテリ６２の充電量が比較的低く、またはオルタネータ６３の発電量が比較的高い状況では、既に電力供給の余力が乏しいことから、運転者または搭乗者に違和感を与えることを承知の上で、消費電力が小さい順に外部負荷を起動することが好ましい。

具体例を挙げると、オーディオ機器またはカーナビゲーションシステムの方が送風用ブロワよりも消費電力が小さいと仮定し、バッテリ６２の充電量が所定以下、またはオルタネータ６３の発電量が所定以上であるときには、オーディオ機器またはカーナビゲーションシステムを優先して起動し、その後間を置いて送風用ブロワを起動する。逆に、バッテリ６２の充電量が所定以上、またはオルタネータ６３の発電量が所定以下であるときには、送風用ブロワを優先して起動し、その後間を置いてオーディオ機器またはカーナビゲーションシステムを起動する。

なお、起動の優先順位が低い外部負荷については、当該外部負荷を作動させるべき旨の要求があったとしても、これを起動しないことがあり得る。

図３に、複数の外部負荷の起動に際してＥＣＵ０が実行する処理の手順例を示す。複数の外部負荷を作動させるべき旨の要求が略同時に、または所定時間内に続けて発生したとき（ステップＳ１）、ＥＣＵ０は、そのときのエンジン回転数が所定以下である、及び／または、エンジン回転数の単位時間あたりの低下量が所定以上であるか否かを判断する（ステップＳ２）。

現在のエンジン回転数が所定以上ある、またはエンジン回転数の単位時間あたりの低下量が所定以上でない（明らかな減速期にない）場合には、要求通りに複数の外部負荷を起動する（ステップＳ３）。

これに対し、現在のエンジン回転数が所定以下であり、及び／または、エンジン回転数の単位時間あたりの低下量が所定以上である（明らかな減速期にある）場合には、そのときのバッテリ６２の蓄電残量またはオルタネータ６３の発電量に応じて、複数の外部負荷の作動の優先順位を決定する（ステップＳ４）。但し、外部負荷の作動の優先順位を常に一定としているならば、当該ステップＳ４は省略される。

そして、ステップＳ４にて決定した優先順位に従って、要求された複数の外部負荷を順次起動する（ステップＳ５）。ステップＳ５では、優先順位の低い一つ以上の外部負荷を、エンジン回転数が所定以上に回復するまで、またはエンジン回転数の単位時間あたりの低下量が所定以下となる（明らかな減速期を脱する）まで、起動しないことがある。

本実施形態では、内燃機関及び内燃機関の出力を利用して作動する複数の外部負荷を制御するものであって、エンジン回転数が所定以下である、またはエンジン回転数の単位時間あたりの低下量が所定以上であるという条件のうち少なくとも一方が成立する場合において、複数の外部負荷の作動要求が略同時にまたは所定時間内に続けて発生したときには、それら外部負荷を予め定められた優先順位に従って起動することを特徴とする制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、同時に複数の外部負荷の作動が要求されたときにエンジン回転数が大きく落ち込む問題を回避することが可能となる。即ち、エンジン回転数が低速または減速期にある状況において、複数の外部負荷を略同時にまたは短期間内に一斉に起動するのではなく、優先順位に則って順次起動することとしたため、複数の外部負荷の稼働に対応して内燃機関の出力を増大させる補正制御（吸気量及び燃料噴射量の増加）が間に合い、エンジンストールに陥るようなエンジン回転数の落ち込みを防止できる。

また、車両の運転の保安上必須な外部負荷、例えば照明灯や電動パワーステアリング装置等は必ず最優先で作動させることで、安全性が確保される。

加えて、前記外部負荷の少なくとも一つの作動に必要な電力を供給するバッテリの充電量またはオルタネータの発電量を検知し、前記充電量または前記発電量と、エンジン回転数またはその単位時間あたりの低下量とに応じて、前記優先順位を変更することとしてもよい。さすれば、電力供給能力に未だ余裕がある場合に、作動していないことが運転者または搭乗者に気づかれやすいものから順に外部負荷を起動し、既に電力供給の余力が乏しい場合には、消費電力が小さい順に外部負荷を起動する、というように、制御を切り替えることが可能となる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成や具体的な処理の手順等は、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、車両に搭載される内燃機関及び補機、外部負荷の制御に利用できる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
６２…バッテリ
６３…オルタネータ

Claims (2)

1. 内燃機関及び内燃機関の出力を利用して作動する複数の外部負荷を制御するものであって、
   エンジン回転数が所定以下である、またはエンジン回転数の単位時間あたりの低下量が所定以上であるという条件のうち少なくとも一方が成立する場合において、
   複数の外部負荷の作動要求が略同時にまたは所定時間内に続けて発生したときには、それら外部負荷を予め定められた優先順位に従って起動する
   ことを特徴とする制御装置。
2. 前記外部負荷の少なくとも一つの作動に必要な電力を供給するバッテリの充電量またはオルタネータの発電量を検知し、
   前記充電量または前記発電量と、エンジン回転数またはその単位時間あたりの低下量とに応じて、前記優先順位を変更する請求項１記載の制御装置。

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