JP2017172423A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両に搭載されたエアコンディショナの冷房性能の低下を抑えつつ、冷媒圧縮用コンプレッサを稼働させる際の車体へのショックの発生をできる限り小さく抑える。【解決手段】内燃機関とエアコンディショナの冷媒圧縮用コンプレッサとの間に介在するクラッチを締結してコンプレッサを稼働させるに際し、内燃機関の気筒に充填するべき吸気量を増量補正するための遅延時間を設け、その遅延時間を経た後にクラッチを締結するものとし、内燃機関と車軸とを繋ぐ変速機の減速比が大きい場合における前記遅延時間を、減速比が小さい場合における遅延時間と比較してより長く設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、下記特許文献を参照）。

特開２０１５−１０５６０３号公報

クラッチを締結して冷媒圧縮用コンプレッサを稼働させるとき、内燃機関に対する機械的な負荷が急増する。これにより、コンプレッサの稼働に起因してエンジン回転数が低落し、車体にショックを与える懸念がある。そこで、クラッチの締結に先んじて内燃機関の気筒に充填される吸気量（及び、燃料噴射量）を増量して内燃機関の出力トルクを増大させ、しかる後クラッチを締結することで、エンジン回転数の低落及びこれに伴うショックの発生を抑制することが通例となっている。

だが、吸気量を増量するべくスロットルバルブの開度を拡大する操作を行ってから、実際に気筒に充填される吸気量が増加するまでの間にはタイムラグが存在している。スロットルバルブの開度の拡大後クラッチを締結するまでの遅延時間の長さを常に一定としていると、気筒に充填される吸気量が十分に増加する前に、つまりはエンジントルクが十分に増大する前にクラッチを締結してしまうことがあり、エンジン回転数の低下とともに搭乗者の身体に明確に知覚される振動（しゃくり）を車体に引き起こすおそれがあった。このような車体の振動は、内燃機関と車軸とを繋ぐ変速機の減速比が大きい低速段（ローギヤ）での走行時に顕在化する。

無論、遅延時間を十分に長くとれば、エンジントルクを確実に増大させてからクラッチを締結することが可能ではある。しかしながら、徒に遅延時間を延長することは、エアコンディショナによる冷房性能を悪化させることにつながる。

以上の点に着目してなされた本発明は、車両に搭載されたエアコンディショナの冷房性能の低下を抑えつつ、冷媒圧縮用コンプレッサを稼働させる際の車体へのショックの発生をできる限り小さく抑え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、内燃機関とエアコンディショナの冷媒圧縮用コンプレッサとの間に介在するクラッチを締結してコンプレッサを稼働させるに際し、内燃機関の気筒に充填するべき吸気量を増量補正する遅延時間を設け、その遅延時間を経た後にクラッチを締結するものとし、内燃機関と車軸とを繋ぐ変速機の減速比が大きい場合における前記遅延時間を、減速比が小さい場合における遅延時間と比較してより長く設定する制御装置を構成した。なお、変速機の減速比が大きい場合における前記遅延時間は、０となることがある。

本発明によれば、エアコンディショナの冷房性能の低下を抑えつつも、冷媒圧縮用コンプレッサを稼働させる際の車体へのショックの発生を小さく抑えることができる。

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内容を示すタイミング図。 変速機の変速比及びエンジン回転数と遅延時間の長さとの関係を例示する図。

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。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、シフトレバーの位置または内燃機関のクランクシャフトと車両の車軸（または、駆動輪）との間を繋ぐ変速機の変速段を検出するシフトポジションスイッチから出力される信号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。

本実施形態の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。

図３に、ＥＣＵ０が停止していたコンプレッサ５１を稼働させる際に実行する制御の内容を示す。ＥＣＵ０は、コンプレッサ５１を稼働させるべき状況にあると判断した時点ｔ₁からマグネットクラッチ６を締結する時点ｔ₂（または、ｔ₂’）までの間の遅延時間において、スロットルバルブ３２の開度をアクセルペダルの踏込量に対応した大きさよりも拡大させる操作を行う。これは、気筒１に充填される吸気量及び燃料噴射量を増量することで、クラッチ６の締結前に予め内燃機関の出力するエンジントルクを増大させておき、クラッチ６締結時におけるエンジン回転数の低落及び車体へのショックの発生を抑制する意図である。

その上で、本実施形態のＥＣＵ０は、上記の遅延時間の長さを、コンプレッサ５１を稼働させる際のエンジン回転数、及び車両の駆動系の変速機の減速比の高低に応じて調整する。図３において、実線は遅延時間（時点ｔ₁から時点ｔ₂まで）が比較的短い場合を表しており、鎖線は遅延時間（時点ｔ₁から時点ｔ₂’まで）が比較的短い場合を表している。

図４に、エンジン回転数及び変速機の減速比と、ＥＣＵ０が設定する遅延時間の長さとの関係を例示している。マグネットクラッチ６の締結時に内燃機関から車軸に伝達されるトルクが減少することで車体にショックやしゃくりが発生する問題は、内燃機関と車軸との間に介在する変速機の減速比が大きいとき、即ち変速機の変速段（シフトポジション）が低速段（ローギヤ）の状態であるときに顕在化しやすい。そこで、本実施形態のＥＣＵ０は、エンジン回転数が同等であるという条件の下で、変速機の減速比が大きい場合（図示例では、変速段が１速及び２速）における遅延時間を、変速機の減速比がより小さい場合（図示例では、変速段が３速以上）における遅延時間と比較して長く設定する。但し、車速が０、即ち車両が停車しているときはこの限りでない。要するに、低速段での走行中は、スロットルバルブ３２の開度を拡大してから実際に気筒１に充填される吸気量が増加する（エンジントルクが高まる）まで十分に待ち、しかる後クラッチ６を締結する。これにより、低速段での走行中に車体にショックが発生することを有効に回避できる。

また、変速機の減速比が同等であるという条件の下では、エンジン回転数が低い場合における遅延時間を、エンジン回転数がより高い場合における遅延時間と比較して長く設定する。これは、スロットルバルブ３２の開度を拡大してから実際に気筒１に充填される吸気量が増加するまでのタイムラグの長さが、そのときの吸気慣性の大きさに依存することに基づく。

ＥＣＵ０のメモリには予め、エンジン回転数及び変速機の変速段と、設定するべき遅延時間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、停止していたコンプレッサ５１を稼働させるにあたり、現在のエンジン回転数及び変速段をキーとして当該マップを検索し、スロットルバルブ３２の開度の拡大操作からクラッチ６の締結までの間の遅延時間の長さを決定する。

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、内燃機関とエアコンディショナ５の冷媒圧縮用コンプレッサ５１との間に介在するクラッチ６を締結してコンプレッサ５１を稼働させるに際し、内燃機関の気筒１に充填するべき吸気量を増量補正するための遅延時間を設け、その遅延時間を経た後にクラッチ６を締結するものとし、内燃機関と車軸とを繋ぐ変速機の減速比が大きい場合における前記遅延時間を、減速比が小さい場合における遅延時間と比較してより長く設定する制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、マグネットクラッチ６の締結時に車体にショックやしゃくりが発生しやすい低速段での走行中に、スロットルバルブ３２の開度の拡大からクラッチ６の締結までの間の遅延時間を延長するため、車体のショックやしゃくりを効果的に抑止することができる。遅延時間を延長することは、コンプレッサ５１の稼働を遅らせ、エアコンディショナ５による冷房性能を低下させることにつながり得るが、１速や２速といった低速段で走行する期間の長さは車両の全運用期間の中では相対的に小さい。一方で、３速以上の変速段で走行する期間は相対的に長く、３速以上の変速段での走行中における遅延時間はできるだけ短く設定し、そのときのエンジン回転数によっては０としている。従って、実効的な冷房性能には悪影響を及ぼさない。

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、手動変速機を実装したＭＴ車を念頭に置いていたが、自動変速機を実装したＡＴ車やＣＶＴ車に本発明を適用することも当然に可能である。その場合にも、制御装置たるＥＣＵ０が、エンジン回転数が同等であるという条件の下で、変速機の減速比が大きいか変速段が低速段である場合における遅延時間を、変速機の減速比が小さいか変速段が高速段である場合における遅延時間と比較して長く設定することは言うまでもない。但し、車速が０、即ち車両が停車しているときはこの限りでない。

ＥＣＵ０のメモリには予め、エンジン回転数及び変速機の減速比若しくは変速段と、設定するべき遅延時間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、停止していたコンプレッサ５１を稼働させるにあたり、現在のエンジン回転数及び変速機の減速比若しくは変速段をキーとして当該マップを検索し、スロットルバルブ３２の開度の拡大操作からクラッチ６の締結までの間の遅延時間の長さを決定する。ＡＴ車やＣＶＴ車にあっては、ＥＣＵ０が変速機を自動制御するため、ＥＣＵ０自身が現在の変速機の減速比若しくは変速段を把握している。

因みに、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。

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
１１…インジェクタ
３２…スロットルバルブ
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
ａ…車速信号
ｂ…クランク角信号
ｊ…燃料噴射信号
ｋ…開度操作信号
ｎ…変速段（シフトポジション）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、
   内燃機関とエアコンディショナの冷媒圧縮用コンプレッサとの間に介在するクラッチを締結してコンプレッサを稼働させるに際し、内燃機関の気筒に充填するべき吸気量を増量補正するための遅延時間を設け、その遅延時間を経た後にクラッチを締結するものとし、
   内燃機関と車軸とを繋ぐ変速機の減速比が大きい場合における前記遅延時間を、減速比が小さい場合における遅延時間と比較してより長く設定する制御装置。

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