JP2017081417A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エアコンディショナの冷媒圧縮用のコンプレッサ内の潤滑油の欠乏を低コストで感知できるようにする。【解決手段】内燃機関及び車室内空調用のエアコンディショナが搭載された車両の制御装置であって、内燃機関の気筒においてノッキングが起こり難い期間に振動式のノックセンサを介して検出される振動の信号に基づき、エアコンディショナの冷媒圧縮用コンプレッサにおける潤滑油が不足していないかどうかを判定する制御装置を構成した。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関及び車室内空調用のエアコンディショナが搭載された車両の制御装置に関する。

車両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気体の冷媒を圧縮し、その圧縮した冷媒をコンデンサにおいて放熱させ液体化した後、エバポレータに導いて気化させ、室内の空気と熱交換するものである。内燃機関と冷媒圧縮用の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。内燃機関及び補機の運転制御を司る電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）は、エアコンディショナの作動時に当該クラッチを締結してコンプレッサを稼働させる。そして、エアコンディショナの非作動時には当該クラッチを開放し、コンプレッサの稼働を停止させる（例えば、下記特許文献１を参照）。

冷媒圧縮用のコンプレッサの一種であるベーン式コンプレッサは、外周部に複数枚のベーンが突設されたロータをシリンダ内に収容し、各ベーンの先端部をシリンダの内周面に押し付けながらロータをシリンダ内で回転させることで、シリンダ内に吸引した冷媒を圧縮して吐出するものである（例えば、下記特許文献２を参照）。

特開２０１５−１４３４７８号公報 特開２０００−１３６７８４号公報

冷媒圧縮用のコンプレッサの内部には、潤滑油が充填される。潤滑油の充填は、製品の出荷時に行われる。このコンプレッサ内の潤滑油は、経年劣化や、コンプレッサの組み替え、故障及びその修繕等に起因して失われてゆく。潤滑油量が減少すると、コンプレッサの構成部品の摩耗、コンプレッサの稼働時の振動の増大、そして冷媒圧縮性能の低下を招く。

とりわけ、コンプレッサがベーン式コンプレッサである場合には、潤滑油量の減少に伴い、ベーンの先端部のシリンダ内周面への押し付け力（遠心力とベーン背圧との和である）が弱くなる。さすれば、ベーンの先端部が一瞬シリンダ内周面から離反し、その後再びシリンダ内周面に叩き付けられるように接触することによるチャタリング（微細な高周波振動）現象が発生するようになる。

一方で、コンプレッサ（または、車両）の運用中に潤滑油の残存量を確認する機会は乏しい。

以上の問題に着目してなされた本発明は、冷媒圧縮用のコンプレッサ内の潤滑油の欠乏を低コストで感知できるようにすることを所期の目的としている。

上述した課題を解決するべく、本発明では、内燃機関及び車室内空調用のエアコンディショナが搭載された車両の制御装置であって、内燃機関の気筒においてノッキングが起こり難い期間に振動式のノックセンサを介して検出される振動の信号に基づき、エアコンディショナの冷媒圧縮用コンプレッサにおける潤滑油が不足していないかどうかを判定する制御装置を構成した。

本発明によれば、冷媒圧縮用のコンプレッサ内の潤滑油の欠乏を低コストで感知できる。

本発明の一実施形態における内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。 同実施形態における車両用エアコンディショナの構成を示す図。 同実施形態の制御装置が実行する処理の手順例を示すフロー図。 内燃機関の各気筒の行程とノッキングが起こり難い時期との関係を示す。

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。本実施形態における内燃機関は、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（例えば、三気筒エンジン。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。

外部ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものである。ＥＧＲ装置２は、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。

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、冷媒を圧縮し高圧化するコンプレッサ５１と、圧縮された高圧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、高温化した内燃機関の冷却水を受け入れ室内の空気と熱交換させるヒータコア５９と、室内の空気を吸引しエバポレータ５６に向けて吐出してその空気を再び室内に送り込むブロワファン５７と、ブロワファン５７から吐出されエバポレータ５６を通り抜けた空気をどの程度ヒータコア５９に吹き当てるかを調節するエアミックスダンパ５０とを要素に含む。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は、ループする冷媒流路により接続してある。

コンプレッサ５１は、内燃機関に付随する補機の一種であり、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトから回転駆動力の伝達を受けて回転駆動され、冷媒を圧縮する。本実施形態では、コンプレッサ５１として、ベーン式のロータリコンプレッサを想定している。内燃機関の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６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、内燃機関の冷却水を放熱させるラジエータ７を強制的に空冷するためのラジエータファンをも兼ねている。コンデンサファン兼ラジエータファン５３は、ラジエータ７の背後に位置し、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。

ブロワファン５７から吐出された空気は、エバポレータ５６を通過する際に、冷媒から冷熱を得（冷媒に熱を奪われ）て低温化する。同時に、当該空気に含まれていた水蒸気が凝縮してエバポレータ５６に付着し、湿度が低下する。エバポレータ５６は、夏期に室内の温度を低下させる冷房のためだけでなく、冬季に室内の湿度を低下させて車両の窓ガラスの曇りを低減する役割をも担う。

エアミックスダンパ５０は、エバポレータ５６を通過した空気のうち、ヒータコア５９を通過して室内に向かう空気の量と、ヒータコア５９を迂回して室内に向かう空気の量との割合を調節する。このエアミックスダンパ５０により、室内に吹き出す風の温度を調整することが可能である。

本実施形態の制御装置たる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。

ＥＣＵ０の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クランク角センサ（エンジン回転センサ）から出力されるクランク角信号ｂ、運転者によるアクセルペダルの踏込量をアクセル開度（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、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される水温信号ｅ、外気温を検出する外気温センサから出力される外気温信号ｆ、吸気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、エバポレータ５６若しくはその近傍またはその下流の温度を検出する温度センサから出力されるエバポレータ温信号ｈ、エアコンディショナ５のコンデンサ５２から流下する（コンデンサの下流５２かつエキスパンションバルブ５５の上流の）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ｍ、気筒１を内包しているシリンダブロックの振動の大きさを検出する振動式のノックセンサから出力される振動信号ｎ、車室内の温度を検出する室内温センサから出力される室内温信号ｔ等が入力される。

ＥＣＵ０の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、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、マグネットクラッチ６に通電する電気回路上のスイッチに対してクラッチ締結信号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、ｍ、ｎ、ｔ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、吸気量に見合った要求燃料噴射量、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、要求ＥＧＲ率、エアコンディショナ５のコンプレッサ５１の稼働のＯＮ／ＯＦＦ等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｏを出力インタフェースを介して印加する。

特に、ＥＣＵ０は、ノックセンサが出力する振動信号ｎを参照して、各気筒１の膨張行程でのノッキングの発生の有無を判定し、その判定結果に応じた点火タイミングの調整を行う（いわゆるノックコントロールシステム）。即ち、ＥＣＵ０は、振動信号ｎの現在のサンプリング値（現在の振動の強度）をノック判定値と比較し、前者が後者を上回ったならば、当該気筒１にてノッキングが起こったと判定する。逆に、振動信号ｎのサンプリング値がノック判定値以下であるならば、当該気筒１にてノッキングは起こっていないと判定する。

その上で、ＥＣＵ０は、気筒１におけるノッキングの発生を感知した場合、以後ノッキングが起こらなくなるまで点火タイミングを徐々に遅角させる。翻って、ノッキングの発生を感知していない場合には、ノッキングが起こらない限りにおいて点火タイミングを徐々に進角させる。

また、ＥＣＵ０は、エアコンディショナ５を作動させるべき旨の指令が搭乗者によって与えられ、コンプレッサ５１を稼働させて冷媒の圧縮を実行するべき状況において、マグネットクラッチ６を締結し、内燃機関のクランクシャフトとコンプレッサ５１とを接続する。コンプレッサ５１を稼働させるべき状況とは、例えば、エバポレータ温信号ｈを参照して知得されるエバポレータ温度が所定の稼働条件温度よりも高いときである。エアコンディショナ５を作動させるべき旨の指令は、例えば、搭乗者がコックピット内に設けられたエアコンスイッチを手指でＯＮに操作することを通じて行われる。

そして、コンプレッサ５１を停止するべき状況では、マグネットクラッチ６の締結を解除して、内燃機関のクランクシャフトとコンプレッサ５１とを切り離す。コンプレッサ５１を停止するべき状況とは、例えば、エバポレータ温度が所定の停止条件温度よりも高いときである。停止条件温度の値は、上記の稼働条件温度の値よりもやや（例えば、１℃ないし２℃程度）低い。

コンプレッサ５１の内部には、予め潤滑油が充填されている。このコンプレッサ５１内の潤滑油は、経年劣化や、コンプレッサ５１の組み替え、故障及びその修繕等に起因して失われてゆく。潤滑油量が減少すると、コンプレッサ５１の構成部品の摩耗、コンプレッサ５１の稼働時の振動の増大、そして冷媒圧縮性能の低下を招く。とりわけ、ベーン式コンプレッサ５１では、潤滑油量の減少に伴い、ベーンの先端部のシリンダ内周面への押し付け力、換言すればベーン背圧が弱くなって、チャタリング現象が発生するようになる。

そこで、本実施形態のＥＣＵ０は、内燃機関の気筒１においてノッキングが起こり難い期間にノックセンサを介して検出される振動信号ｎを参照して、コンプレッサ５１における潤滑油が不足していないかどうかの判定を実行する。

図３に、ＥＣＵ０がプログラムに従い実行する処理の手順例を示している。ＥＣＵ０は、まず、内燃機関の冷間始動後所定時間が経過した（または、冷間始動後初めてマグネットクラッチ６を締結しコンプレッサ５１を稼働させてから所定時間が経過した）かどうかを判断する（ステップＳ１）。これは、内燃機関の停止中即ち駐車中に冷媒が液体化してコンプレッサ５１内に溜まることがあり、内燃機関の始動直後、コンプレッサ５１内に液冷媒が残存している状態でコンプレッサ５１を稼働させると、潤滑油の残存量の多寡にかかわらず振動が発生して振動信号ｎにノイズが混入することによる。つまり、内燃機関の冷間始動直後は、振動信号ｎを参照してコンプレッサ６１内の潤滑油量を正しく見積もることが困難であるので、ステップＳ２以降の潤滑油量の判定処理を行わない。ステップＳ１における所定時間は、例えば五分間とする。

内燃機関の冷間始動後所定時間が既に経過しているならば、マグネットクラッチ６を締結しコンプレッサ５１を稼働させているとき（ステップＳ２）、かつ内燃機関の各気筒１においてノッキングが起こり難い期間（ステップＳ３）において、振動信号ｎをサンプリングし、そのサンプリング値（現在の振動の強度）を判定値と比較する（ステップＳ４）。

ステップＳ３に関して、基本的に、ノッキングは、何れかの気筒１の圧縮上死点後の膨張行程の前半期に惹起される蓋然性が高い。これに対し、ピストンが膨張下死点に近づく膨張行程の後期には、気筒１の燃焼室内容積が既に大きく拡張しており、ノッキングが起こるおそれは殆どない。また、ある気筒１の膨張下死点と、次に膨張行程を迎える気筒１の圧縮上死点との間は、プレイグニッションと呼ばれる極めて異常な自着火爆発を除いて、ノッキングが起こることのない期間である。図４に、内燃機関が具備する各気筒１の行程、及びノッキングが起こり難い期間を示している。図４は、三気筒エンジンの例である。図４中、網点を付して表している領域がノッキングの起こり難い期間であり、当該期間中に計測される振動信号ｎを参照してコンプレッサ５１内の潤滑油量を推測することが可能である。

ステップＳ４における判定値は、ノックコントロールシステムのノック判定値とは異なる値に設定してもよく、ノック判定値と同一の値に設定してもよい。

ステップＳ４にて、振動信号ｎの振幅の大きさが判定値を上回ったと判断したならば、その回数を計数するカウンタを１増加させる（ステップＳ５）。そして、当該カウンタの値が所定値に到達したならば（ステップＳ６）、コンプレッサ５１内に残存する潤滑油の量が不足しているとの判定を下す。この場合、ＥＣＵ０は、コンプレッサ５１内の潤滑油の量が不足している旨を示す情報（ダイアグノーシスコード）をＥＣＵ０のメモリに書き込み（ステップＳ７）、後の点検や修理における異常要因の特定の助けとする。及び／または、ＥＣＵ０が、コンプレッサ５１内の潤滑油の量が不足している旨を、運転者の視覚または聴覚に訴えかける態様にて出力し（ステップＳ８）、運転者に報知する。ステップＳ８では、例えば、車両のコックピット内に実装されているランプを点灯または点滅させたり、ディスプレイの画面に表示したり、アラーム音その他の音声を出力したりする。

本実施形態では、内燃機関及び車室内空調用のエアコンディショナ５が搭載された車両の制御装置０であって、内燃機関の気筒１においてノッキングが起こり難い期間に振動式のノックセンサを介して検出される振動の信号ｎに基づき、エアコンディショナ５の冷媒圧縮用コンプレッサ５１における潤滑油が不足していないかどうかを判定する制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、コンプレッサ５１を分解等することなしに、コンプレッサ５１内の潤滑油の欠乏を適時にかつ低コストで感知できるようになる。コンプレッサ５１に重篤な故障が生じる前に、これを点検しまたは修理することも可能となる。

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。例えば、内燃機関とコンプレッサ５１との間に介在するクラッチ６は、マグネットクラッチには限定されず、液圧（油圧）制御される態様のクラッチであっても構わない。

また、ステップＳ４にて振動信号ｎの振幅の大きさが判定値を超えた回数に応じて、コンプレッサ５１内に残存している潤滑油の量を定量評価することもできる。一定の稼働時間内に振動信号ｎが判定値を上回った回数が多いほど、コンプレッサ５１内の潤滑油の量が少ないと考えられる。

あるいは、振動信号ｎの振幅の大きさに応じて、コンプレッサ５１内に残存している潤滑油の量を定量評価することもできる。内燃機関の冷間始動から所定時間が既に経過しており、コンプレッサ５１の稼働中かつノッキングが起こり難い期間において計測される振動信号ｎの振幅即ちサンプリング値が大きいほど、コンプレッサ５１内の潤滑油の量が少ないと考えられる。

ステップＳ１の代替として、内燃機関の冷却水温が所定値以上に高まっていることを条件として、ステップＳ２以降の潤滑油量の判定処理を行うこととしても構わない。

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、車両に搭載されているエアコンディショナの制御に適用できる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
５…エアコンディショナ
５１…冷媒圧縮用コンプレッサ
６…クラッチ
ｂ…クランク角信号
ｇ…カム角信号
ｎ…振動信号
ｏ…クラッチ締結信号

Claims (1)

1. 内燃機関及び車室内空調用のエアコンディショナが搭載された車両の制御装置であって、
   内燃機関の気筒においてノッキングが起こり難い期間に振動式のノックセンサを介して検出される振動の信号に基づき、エアコンディショナの冷媒圧縮用コンプレッサにおける潤滑油が不足していないかどうかを判定する制御装置。

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