JP2014162464A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンプレッサを稼働させる過渡期において、車両等の走行のために供給される駆動力が変動することを抑制する。
【解決手段】直近のコンプレッサが稼働していたときの冷媒圧力ＰＨを記憶しておき、再びコンプレッサの稼働を開始する際に、先に記憶した冷媒圧力ＰＨを今回コンプレッサの稼働を開始した後の冷媒圧力と見なして、コンプレッサの稼働により増大する負荷Ｌの大きさを予測する。そして、その負荷Ｌ分を補うように、内燃機関の出力を増大させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両等に搭載されている内燃機関、及び内燃機関から回転駆動力の伝達を受けて稼働されるエアコンディショナの冷媒圧縮用コンプレッサの制御に関する。

車両等の室内の温度調節のために働くエアコンディショナは、内燃機関のクランクシャフトから駆動力の伝達を受けて回転するコンプレッサにより冷媒を圧縮し、圧縮した冷媒をコンデンサにおいて放熱させて液化した後、エバポレータに導いて気化させ、室内の空気と熱交換させるものである。

内燃機関のクランクシャフトと冷媒圧縮用コンプレッサとの間には、両者を断接するマグネットクラッチが介在している。マグネットクラッチを接続するとコンプレッサの稼働が開始され、マグネットクラッチを切断するとコンプレッサの稼働が終了する。

コンプレッサを稼働させると、内燃機関に対してコンプレッサによる負荷が新たに付加される、つまりはコンプレッサにエンジントルクを奪われるので、そのままだと車両等の速度低下が発生し、ドライバビリティに好ましくない影響を及ぼす。そこで、従来より、コンプレッサの稼働時の冷媒圧力を計測し、当該冷媒圧力等を基にコンプレッサによる負荷を推算して、その負荷分を補うように内燃機関の出力を増大させる制御が実施されている（例えば、下記特許文献、特に段落００１８を参照）。

マグネットクラッチを接続してコンプレッサの稼働を開始した後、冷媒圧力等を参照してコンプレッサの負荷を算定し、内燃機関の出力を増大させるという手順を踏むと、切断していたマグネットクラッチを接続した直後、換言すれば停止していたコンプレッサを稼働させる過渡期に、車両等の走行のために供給される駆動力が変動する。この変動に対し、運転者がアクセル開度を細かく調整して対処しようとすると、（運転者がアクセルペダルを必要以上に踏み込む等して）実燃費が悪化することがある。

特開２００２−２０１９７７号公報

本発明は、コンプレッサを稼働させる過渡期において、車両等の走行のために供給される駆動力が変動することをできるだけ抑制しようとするものである。

上述した課題を解決するべく、本発明では、内燃機関が出力する回転駆動力をエアコンディショナの冷媒圧縮用コンプレッサに伝達してコンプレッサを稼働させるシステムを制御するものであって、コンプレッサが稼働していたときの冷媒圧力を記憶しておき、再びコンプレッサの稼働を開始する際に、先に記憶した冷媒圧力を今回コンプレッサの稼働を開始した後の冷媒圧力と見なして、コンプレッサの稼働により増大する負荷の大きさを予測し、その負荷分を補うように内燃機関の出力を増大させることを特徴とする制御装置を構成した。

本発明によれば、コンプレッサを稼働させる過渡期において、車両等の走行のために供給される駆動力が変動することを抑制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構成を示す図。 同実施形態におけるエアコンディショナの構成を示す図。 同実施形態におけるマグネットクラッチ及びファンモータへの通電回路及び制御装置を示す回路図。 同実施形態の制御装置が実行する制御の内容を示すタイミング図。

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。内燃機関は、例えば火花点火式の４ストロークエンジンであり、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、車両の室内の空調を行うエアコンディショナ５の構成を示す。エアコンディショナ５は、冷媒を圧縮するコンプレッサ５１と、圧縮された冷媒を放熱させて液化させるコンデンサ５２と、コンデンサ５２を強制的に空冷するためのコンデンサファン５３と、液化しなかった気体の冷媒を液化した冷媒から分離するレシーバ５４と、液化した冷媒を噴出させるエキスパンションバルブ５５と、噴出して気化した冷媒を受け入れ室内の空気と熱交換させるエバポレータ５６と、冷媒から冷熱を得た（冷媒に熱を奪われた）空気を室内に送り込むブロワファン５７とを要素とし、コンプレッサ５１、コンデンサ５２、レシーバ５４、エキスパンションバルブ５５及びエバポレータ５６をループする冷媒流路によって接続しているものである。

コンプレッサ５１は、内燃機関のクランクシャフトから駆動力の伝達を受けて回転する。クランクシャフトとコンプレッサ５１との間には、両者の接続を断接切換可能なマグネットクラッチ５８が介在する。

コンデンサ５２は、車両のエンジンルームにおける走行風が当たる部位に配置しており、コンデンサファン５３を回転させているか否かにかかわらず、車両の走行中にエンジンルームに吹き込む走行風により冷却される。コンデンサ５２の背後には、内燃機関の冷却水を放熱させるラジエータ７が控えている。ラジエータ７もまた、走行風により冷却される。

コンデンサファン５３は、ラジエータ７を強制的に空冷するためのラジエータファンを兼ねている。コンデンサファン５３は、ラジエータ７の背後に位置しており、前方から空気を吸引して後方に吐出することで、コンデンサ５２及びラジエータ７をともに冷却する。

図３に、マグネットクラッチ５８、コンデンサファン５３を駆動するファンモータ５３１、及びブロワファン５７を駆動するファンモータ５７１に通電する電気回路６を示す。電源となるのは、車載のバッテリ６１、及び／または、内燃機関のクランクシャフトから駆動力の伝達を受けて回転し発電するオルタネータ６２である。回路６上のリレースイッチ６３がＯＮになると、マグネットクラッチ５８に通電されてこれが締結し、コンプレッサ５１が回転して冷媒を圧縮する作動状態となる。リレースイッチ６４がＯＮになると、ファンモータ５３１に通電されてコンデンサファン５３が回転する作動状態となる。並びに、リレースイッチ６５がＯＮになると、ファンモータ５７１に通電されてブロワファン５７が回転する作動状態となる。

本実施形態の制御装置たる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。

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、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃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ｅ、エアコンディショナ５のコンデンサ５２から流出する（比較的高圧の）冷媒の圧力を検出する冷媒圧センサから出力される冷媒圧信号ｆ、エアコンディショナ５のエバポレータ５６から流出する（比較的低圧の）冷媒の圧力を検出する冷媒圧センサから出力される冷媒圧信号ｇ、エバポレータ５６（または、エバポレータ５６近傍の空気）の温度を検出するセンサから出力されるエバポレータ温信号ｈ、外気温を検出する温度センサから出力される外気温信号ｐ、車両の室内温度を検出する温度センサから出力される室温信号ｑ等が入力される。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号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に対して開度操作信号ｋ、リレースイッチ６３に対してＯＮ（通電）信号ｌ、リレースイッチ６４に対してＯＮ信号ｍ、リレースイッチ６５に対してＯＮ信号ｎ、リレースイッチ６６に対してＯＮ信号ｏ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、ｐ、ｑ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、各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ、ｏを出力インタフェースを介して印加する。

エアコンディショナ５を作動させるにあたり、ＥＣＵ０は、リレースイッチ６５をＯＮにしてブロワファン５７を回転させる。加えて、リレースイッチ６３をＯＮにしてマグネットクラッチ５８を締結し、コンプレッサ５１を稼働して冷媒を循環させる。さらに、必要に応じて、リレースイッチ６４をＯＮにしてコンデンサファン５３を回転させる。コンデンサファン５３は、コンデンサ５２における冷媒の冷却を強化する。

ＥＣＵ０は、エアコンディショナ５の運転中、エバポレータ５６の温度信号ｇに基づいて、コンプレッサ５１の稼働と停止とを切り換える。即ち、コンプレッサ５１が駆動されている状態で、エバポレータ５６の温度が第一の閾値よりも低下したならば、マグネットクラッチ５８を開放してコンプレッサ５１を停止させる。

コンプレッサ５１が停止している状態で、エバポレータ５６の温度が第一の閾値よりも高い第二の閾値まで上昇したならば、マグネットクラッチ５８を再び締結してコンプレッサ５１を駆動する。これにより、図４に示すように、エアコンディショナ５の運転中、コンプレッサ５１は断続的に稼働されることとなる。このような稼働と停止との切り換えは、冷媒の冷熱によるエバポレータ５６のフロスト（結露）を抑止する意図でもある。

本実施形態のＥＣＵ０は、マグネットクラッチ５８を締結してコンプレッサ５１を稼働しているときに、コンプレッサ５２下流の冷媒圧力、及びエバポレータ５６下流の冷媒圧力をセンシングしてメモリに記憶保持しておく。

その上で、ＥＣＵ０は、マグネットクラッチ５８を開放してコンプレッサ５１を停止させた後、再びマグネットクラッチ５８を締結してコンプレッサ５１を稼働させる際に、前回のコンプレッサ５１の稼働時にセンシングして記憶していた冷媒圧力を参照して、今回のコンプレッサ５１の稼働により増大する負荷の大きさを予測する。

コンプレッサ５１による負荷をＬ、コンプレッサ５１の機械効率をηｍ、コンプレッサ５１の圧縮効率をηｃ、コンプレッサ５１の堆積効率をηｖ、コンプレッサの容量をＶｃ、コンプレッサの回転数をＮｃ、エバポレータ５６の下流の低圧の冷媒圧力をＰＬ、コンデンサ５２の下流の高圧の冷媒圧力をＰＨとおくと、コンプレッサ５１による負荷Ｌは、
Ｌ＝｛６０×α×ηｖ×Ｖｃ×Ｎｃ×ＰＬ×ｌｎ（ＰＨ／ＰＬ）｝／（ηｍ×ηｃ）
と表すことができる。上式において、先頭の「６０」は回転数がｒｐｍ単位であることによるもの、αは所定の係数である。コンプレッサの回転数Ｎｃは、エンジン回転数に比例する。

ＥＣＵは、前回のコンプレッサ５１の稼働時にメモリに記憶した冷媒圧力ＰＨ、ＰＬと、現在のエンジン回転数に比例したコンプレッサの回転数Ｎｃとを上式に代入して、今回コンプレッサ５１を稼働させることにより内燃機関に印加される負荷Ｌを予測する。

即ち、前回のコンプレッサ５１の稼働時における冷媒圧力の実績値ＰＨ、ＰＬを、今回コンプレッサ５１の稼働を開始した後に発生する冷媒圧力と見なす。これは、コンプレッサ５１のＯＮ／ＯＦＦが短期間に繰り返されるという性質上、前回のコンプレッサ５１の稼働中と今回の稼働中との間で冷媒圧力に顕著な差は発生しないであろうことによる。

なお、エバポレータ５６の下流に冷媒圧センサを設けていないシステムでは、冷媒圧力ＰＬを実測することができないので、内燃機関の始動（イグニッションスイッチＯＮ）時の外気温、現在のエバポレータ５６の温度及び現在時刻等から冷媒圧力ＰＬを推定する。ＥＣＵ０のメモリには予め、始動時外気温、エバポレータ温及び時刻等と、推定される冷媒圧力ＰＬとの関係を規定したマップデータが格納されている。ＥＣＵ０は、始動時の外気温、エバポレータ温及び時刻等をキーとして当該マップを検索し、冷媒圧力ＰＬを知得する。この冷媒圧力ＰＬもまた、前回のコンプレッサ５１の稼働時に推定してメモリに記憶保持しておき、今回のコンプレッサ５１の稼働の際の負荷Ｌの予測に用いるものである。

コンプレッサ５１の負荷Ｌが判明すれば、この負荷Ｌを補うために必要となるエンジントルクの大きさが分かる。エンジントルクは、負荷Ｌを車両の駆動系の変速比（ギア比、デファレンシャル比）及び効率で除し、かつそれに動荷重半径を乗じたものである（但し、トルクコンバータをロックアップしていることが前提となる）。

図４において、今回コンプレッサ５１の稼働を開始する時点をＴとする。ＥＣＵ０は、時点Ｔ以前に、前回のコンプレッサ５１の稼働中に知得した冷媒圧力ＰＨ及びＰＬを用い、今回コンプレッサ５１を稼働することで発生する負荷Ｌを推測し、その負荷Ｌ分に相当するエンジントルクを演算する。そして、このエンジントルクと時点Ｔの直前に出力しているエンジントルクとの合算トルクを内燃機関が出力するために必要となるスロットルバルブ３２開度（即ち、気筒１に充填される吸気量及び燃料噴射量）Ａを、内燃機関の全域性能を基に算定する。

しかして、ＥＣＵ０は、時点Ｔの直前、時点Ｔと同時、または時点Ｔの直後に、スロットルバルブ３２の開度をＡに操作して気筒１に充填される吸気量を増量するとともに、当該吸気量に見合った燃料を噴射し、内燃機関の出力トルクを増大させる。これにより、車軸に供給される駆動力がマグネットクラッチ５８を接続した直後に減少することを抑制し、車速の低落を防ぐ。

ＥＣＵ０は、時点Ｔの後、即ち今回のコンプレッサ５１の稼働中において、冷媒圧力ＰＨ’及びＰＬ’を知得してメモリに記憶保持する。この冷媒圧力ＰＨ’、ＰＬ’は、次回のコンプレッサ５１の稼働の際の負荷Ｌ’を予測するために用いられる。

並びに、ＥＣＵ０は、今回のコンプレッサ５１の稼働中の冷媒圧力ＰＨ’及びＰＬ’を上式に代入し、今回のコンプレッサ５１の稼働による実際の負荷Ｌを算出し、その負荷Ｌ分に相当するエンジントルクの出力に必要なスロットルバルブ３２開度Ａ’を算定する。その後、ＥＣＵ０は、スロットルバルブ３２の開度を、ＡからＡ’に徐変させる。

本実施形態では、内燃機関が出力する回転駆動力をエアコンディショナ５の冷媒圧縮用コンプレッサ５１に伝達してコンプレッサ５１を稼働させるシステムを制御するものであって、直近の過去にコンプレッサ５１が稼働していたときの冷媒圧力ＰＨ、ＰＬを記憶しておき、再びコンプレッサ５１の稼働を開始する際に、先に記憶した冷媒圧力ＰＨ、ＰＬを今回コンプレッサ５１の稼働を開始した後の冷媒圧力と見なして、コンプレッサ５１の稼働により増大する負荷Ｌの大きさを予測し、その負荷Ｌ分を補うように内燃機関の出力を増大させ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、切断していたマグネットクラッチ５８を接続した直後、換言すれば停止していたコンプレッサ５１を稼働させる過渡期において、車両等の走行のために供給される駆動力の変動を抑制することができる。従って、車両等の走行速度の低落を予防でき、ドライバビリティの向上及び実燃費の良化に寄与し得る。

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。例えば、上記実施形態では、負荷Ｌを補う出力を得るために電子スロットルバルブ３２の開度を拡大補正していたが、アイドルスピードコントロールバルブを実装している内燃機関においては、このアイドルスピードコントロールバルブの開度を拡大補正することとしてもよい。周知の通り、アイドルスピードコントロールバルブは、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の上流側と下流側とを連通するバイパスを開閉する流量制御バルブである。

これ以外に、内燃機関の出力を増大させる手法として、点火タイミングを進角補正する等も考えられる。

その他各部の具体的構成は、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、車両等に搭載される内燃機関及びエアコンディショナの冷媒圧縮用コンプレッサの制御に適用できる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
３２…スロットルバルブ
５…エアコンディショナ
５１…コンプレッサ
５２…コンデンサ
５６…エバポレータ
ＰＨ、ＰＬ…直近の過去にコンプレッサが稼働していたときの冷媒圧力
Ｌ…今回コンプレッサを稼働させることにより増大する負荷

Claims (1)

1. 内燃機関が出力する回転駆動力をエアコンディショナの冷媒圧縮用コンプレッサに伝達してコンプレッサを稼働させるシステムを制御するものであって、
   コンプレッサが稼働していたときの冷媒圧力を記憶しておき、
   再びコンプレッサの稼働を開始する際に、先に記憶した冷媒圧力を今回コンプレッサの稼働を開始した後の冷媒圧力と見なして、コンプレッサの稼働により増大する負荷の大きさを予測し、その負荷分を補うように内燃機関の出力を増大させることを特徴とする制御装置。

Images