JP4587121B2 - 補機付きのエンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、補機のトルクを制御する機能を備えた補機付きのエンジンの制御装置に関する発明である。

近年のエンジンのトルクを動力源とした補機の高機能化にともない、補機の駆動トルクの増加が顕著である。

例えば、近年の車両は、車載機器の電動化が進み、消費電力が増加しているため、エンジン運転中に発電機で多くの電力を発電する必要がある。発電機（オルタネータ）は、車両の駆動源であるエンジンのトルクで駆動されるため、発電機の発電量が増加すれば、発電機で消費されるエンジントルクが増加し、その分、エンジンの燃料消費量が増加する。

そこで、特許文献１（特開２００４−２６０９０８号公報）に記載されているように、発電コストを算出して、発電コストの安いタイミングで集中的に発電して、燃料消費量を低減する技術が提案されている。
特開２００４−２６０９０８号公報（第５頁〜第７頁等）

しかし、発電機は、エンジン出力トルクで駆動されるため、発電機の発電を短時間に集中的に行うと、その発電期間に発電機を駆動するために消費されるエンジントルク（発電機駆動トルク）が急激に増加することになる。この際、発電機駆動トルク（発電量）は、発電機の界磁コイルに流す制御電流によってエンジンと比較して少ない応答遅れで制御できるが、エンジントルクは、スロットル開度、燃料噴射量、点火時期によって制御されるため、スロットル開度の変化（スロットル通過空気量の変化）等がエンジントルクの変化として現れるまでには、エンジン制御特有の応答遅れ（主として空気系の遅れ）が発生する。このため、発電機駆動トルク（発電量）が急激に増加すると、それに対応してエンジントルクを急激に増加させようとしても、エンジントルクの増加がエンジン制御特有の応答遅れによって遅れてしまう。その結果、車両駆動に配分されるトルク（車両駆動トルク）が一時的に落ち込んで、エンジン回転速度が一時的に落ち込んでしまうため、運転者の意思に反して減速感が生じてしまい、運転者の運転フィーリングに悪影響を与えるだけでなく、エンジン回転速度の落ち込みにより発電機の発電量も減少してしまい、要求発電量を確保できなくなるという問題もあった。

同様の問題は、発電機のみならず、エンジンのトルクを動力源とする補機一般についても同じようなことが言える。例として、エンジンのトルクを利用して駆動するエアコンのコンプレッサについても、コンプレッサのオンオフによるエンジン回転の落ち込み等が問題となっている。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、補機駆動トルクの変動による車両駆動トルクの変動（エンジン回転変動）を抑制することができ、補機駆動トルクの変動による運転フィーリングの悪化や補機の機能低下の問題を解消することができる補機付きのエンジンの制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、車両を駆動するエンジン及びその出力トルクで駆動される補機を備えたエンジンの制御装置において、前記補機の機能を実現するのに必要なトルク（以下「要求補機駆動トルク」という）を算出すると共に、要求車両駆動トルクを算出し、前記エンジンの出力トルク（以下「エンジントルク」という）を要求補機駆動トルクと要求車両駆動トルクに応じて変化させるように制御し、前記エンジントルクの応答遅れを考慮して前記補機に対して遅れを持たせて前記補機を制御するようにしたものであり、具体的には、所定の演算周期で要求補機駆動トルクと要求車両駆動トルクとを合計したトルクを要求エンジントルクとしてエンジンを制御すると共に、該エンジンの応答遅れを考慮して所定演算タイミング後に実現できるエンジントルクを予測し、この予測エンジントルクと要求車両駆動トルクとの差分を許可トルクとして算出し、この許可トルクに基づいて補機の駆動トルクを制御するようにしたものである。このようにすれば、実際の補機駆動トルクの変化と、実際のエンジントルクの変化とをほぼ同期させるように制御することが可能になり、補機駆動トルクの変動による運転フィーリングの悪化や補機機能の低下の問題を解消することができる。

ここで、前記補機がエンジンの出力トルクで駆動される発電機である場合は、請求項２のように、車両の電気負荷の動作状態及びバッテリの充電状態に応じて前記発電機に要求する発電電流（以下「要求発電電流」という）を要求発電電流算出手段により算出すると共に、前記要求補機駆動トルク算出手段を、前記発電機を前記要求発電電流に応じて駆動するための要求発電機駆動トルクを前記要求補機駆動トルクとして予測する発電機駆動トルク予測手段とすれば良い。このようにすれば、実際の発電機駆動トルクの変化と実際のエンジントルクの変化とをほぼ同期させるように制御することが可能となり、発電機駆動トルクの変動による車両駆動トルクの変動（エンジン回転変動）を抑制することができ、発電機駆動トルクの変動による運転フィーリングの悪化や発電不足の問題を解消することができる。

この場合、請求項３のように、前記エンジン制御手段は、現在の車両状態における最大エンジントルクから少なくとも要求車両駆動トルクと所定のマージンを差し引いたトルクを前記補機の駆動に供給可能なトルクとして算出し、要求補機トルク算出手段は、この供給可能なトルクの範囲内で要求補機駆動トルクを算出するようにすると良い。

特に、前記補機が発電機である場合は、請求項４のように、前記供給可能なトルクに基づいて発電機で発電可能な電流を算出し、前記要求発電電流算出手段は、前記エンジン制御手段で算出した前記発電機で発電可能な電流の範囲内で前記要求発電電流を算出するようにすると良い。このようにすれば、車両の加速応答性を損なわずに、補機駆動トルクの変動による車両駆動トルクの変動（エンジン回転変動）を抑制することができる。

以下、本発明を発電機とエンジンの協調制御システムに適用した一実施例を図面に基づいて説明する。

まず、図１及び図２に基づいてシステム全体の構成を説明する。
エンジン１１の空気系、燃料噴射系、点火系の各装置は、制御装置１２内のエンジン制御手段１３によって制御される。このエンジン制御手段１３には、図２に示すように、エンジン１１の空気系、燃料噴射系、点火系の制御量（スロットル開度、燃料噴射量、点火時期等）を制御するエンジン制御部１３ａの他に、後述する許可トルクを演算するエンジンモデル１３ｂが実装されている。制御装置１２には、エンジン制御手段１３の他に、車両制御手段１４、発電機制御手段１５（補機制御手段）、電源制御手段１６が設けられ、これら各制御手段１３〜１６が信号線によって接続されている。

車両制御手段１４は、運転者の要求する車両の走行状態を実現するのに必要なエンジントルク（以下「要求車両駆動トルク」という）を算出してエンジン制御手段１３に送信する。
発電機制御手段１５は、エンジントルクで駆動される補機類のうちの発電機（オルタネータ）１７の発電電流を制御するものであり、エンジン制御手段１３から送信されてくる許可トルクに基づいて発電機１７の界磁コイルに流す制御電流を制御することで、発電機１７の発電電流を制御する。この発電機制御手段１５には、図２に示すように発電機１７の発電電流（制御電流）を制御する発電機制御部１５ａの他に、発電電流等に基づいて発電機駆動トルクを演算する発電機モデル１５ｂとその逆モデル１５ｃとが実装されている。

電源制御手段１６は、発電機制御手段１５と、各種の電気負荷１９ａ、１９ｂを制御する負荷制御手段２０ａ，２０ｂに接続され、電気負荷１９ａ、１９ｂの動作状態（消費電流）とバッテリ２１の充電状態を検出して、発電機１７に要求する発電電流（以下「要求発電電流」という）を算出する要求発電電流算出手段としての機能を備えている。

これら４つの制御手段１３〜１６は、それぞれ別々のマイクロコンピュータ（ＥＣＵ）で構成しても良いし、１つのマイクロコンピュータ（ＥＣＵ）に２つ以上の制御手段の機能を持たせるようにしても良い。

次に、図３のフローチャートを用いて各制御手段１３〜１６のより詳細な制御内容を説明する。図３の制御プログラムは、エンジン運転中に所定周期（例えば８ｍｓ周期）で実行される。本プログラムが起動されると、まずステップ１０１で、エンジン制御手段１３は、現在の車両状態（エンジン回転速度）における最大エンジントルクから運転者の要求する車両の走行状態を実現するのに必要なエンジントルク（要求車両駆動トルク）と所定のマージンを差し引いたトルクを発電機１７の駆動に供給可能なトルクとして算出し、この供給可能トルクの情報を発電機制御手段１５に送信する。ここで、所定のマージンは、車両加速要求がいつ発生しても対処できるようにするためのトルク余裕分である。要求車両駆動トルクは、車両制御手段１４で算出される。この車両制御手段１４の機能が特許請求の範囲でいう要求車両駆動トルク算出手段に相当する。

この後、ステップ１０２に進み、発電機制御手段１５は、供給可能トルクを発電機逆モデル１５ｃに入力して発電機１７で発電可能な電流を算出し、この発電可能電流の情報を電源制御手段１６に送信する。ここで、発電機逆モデル１５ｃは、後述する発電機モデル１５ｂの逆モデルであり、発電機１７を駆動するトルク（供給可能トルク）、発電機１７の回転速度（又はエンジン回転速度）、電源バス電圧等をパラメータとして発電電流を算出するモデルである。

この後、ステップ１０３に進み、電源制御手段１６は、負荷制御手段２０ａ，２０ｂから受信した電気負荷１９ａ、１９ｂの動作状態（消費電流）とバッテリ２１の充電状態に基づいて、上記ステップ１０２で算出した発電可能電流の範囲内で発電機１７に要求する発電電流（以下「要求発電電流」という）を算出し、この要求発電電流の情報を発電機制御手段１５に送信する。この電源制御手段１６の機能が特許請求の範囲でいう要求発電電流算出手段に相当する。

この後、ステップ１０４に進み、発電機制御手段１５は、発電機モデル１５ｂを用いて、発電機１７を上記要求発電電流に応じて駆動するのに必要な発電機駆動トルク（以下「要求発電機駆動トルク」という）を算出し、この要求発電機駆動トルクの情報をエンジン制御手段１３に送信する（この要求発電機駆動トルクは特許請求の範囲でいう要求補機駆動トルクに相当する）。ここで、発電機モデル１５ｂは、発電機１７の発電電流（要求発電電流）、発電機１７の回転速度（又はエンジン回転速度）、電源バス電圧等をパラメータとして発電機駆動トルクを算出するモデルである。この発電機制御手段１５の機能が特許請求の範囲でいう要求発電機駆動トルク予測手段に相当する。

この後、ステップ１０５に進み、エンジン制御手段１３は、発電機制御手段１５で算出された要求発電機駆動トルクと車両制御手段１４で算出された要求車両駆動トルクとを合計したトルクを要求エンジントルクとして算出する。

この後、ステップ１０６に進み、エンジン制御手段１３は、要求エンジントルクを実現するためのエンジン１１の空気系、燃料噴射系、点火系の制御量（スロットル開度、燃料噴射量、点火時期等）を算出し、この制御量をエンジン１１に指令して、要求エンジントルクに応じたエンジントルクを発生させる。

この後、ステップ１０７に進み、エンジン制御手段１３は、要求エンジントルクをエンジンモデル１３ｂに入力することで、エンジン１１の応答遅れを考慮して所定演算タイミング後（例えば次回の所定演算タイミング）に実現できるエンジントルクを予測し、この予測エンジントルクと車両の走行に必要なトルク（要求車両駆動トルク）との差分を許可トルクとして算出し、この許可トルクを発電機制御手段１５に送信する（ステップ１０８）。

この後、ステップ１０９に進み、発電機制御手段１５は、前記発電機逆モデルを用いて許可トルクに対応する発電電流を指令電流として算出する。そして、次のステップ１１０で、所定の演算タイミング後に、この指令電流相当分の発電を行わせるように発電機１７の制御電流（界磁電流）を制御する。

以上説明した本実施例の作用効果を図４のタイムチャートを用いて従来技術と対比して説明する。図４のタイムチャートは、時刻ｔ0 で要求発電電流がステップ状に増加したときの制御例を示している。

従来技術では、時刻ｔ0 で要求発電電流がステップ状に増加すると、直ちに実発電電流（発電機１７の出力電流）をステップ状に増加させるように制御する。この際、実発電電流（発電機駆動トルク）は、発電機１７の界磁コイルに流す制御電流によってほとんど応答遅れなく制御できるが、エンジントルクは、スロットル開度、燃料噴射量、点火時期によって制御されるため、スロットル開度の変化（スロットル通過空気量の変化）等がエンジントルクの変化として現れるまでには、エンジン制御特有の応答遅れ（主として空気系の遅れ）が発生する。このため、発電機駆動トルク（実発電電流）が急激に増加すると、それに対応してエンジントルクを急激に増加させようとしても、エンジントルクの増加がエンジン制御特有の応答遅れによって遅れてしまう。その結果、車両駆動に配分されるトルク（車両駆動トルク）が一時的に落ち込んで、エンジン回転速度が一時的に落ち込んでしまうため、運転者の意思に反して減速感が生じてしまい、運転者の運転フィーリングに悪影響を与えるだけでなく、エンジン回転速度の落ち込みにより発電機１８の発電量も減少してしまい、要求発電量を確保できなくなるという問題もあった。

これに対して、本実施例では、車両の電気負荷１９ａ、１９ｂの動作状態及びバッテリ２１の充電状態に応じて発電機１７に要求する発電電流（要求発電電流）を算出すると共に、発電機１７を要求発電電流に応じて駆動するのに必要な発電機駆動トルク（要求発電機駆動トルク）を予測し、この要求発電機駆動トルクと車両の走行に必要なトルク（要求車両駆動トルク）とを合計したトルクを要求エンジントルクとして算出して、この要求エンジントルクに応じてエンジン１１を制御すると共に、エンジン１１の応答遅れを考慮して次回の演算タイミングで実現できるエンジントルクを予測し、この予測エンジントルクと車両の走行に必要なトルク（要求車両駆動トルク）との差分を許可トルクとして算出する。そして、この許可トルクに対応する発電電流を指令電流として算出し、次回の演算タイミングで、この指令電流相当分の発電を行わせるように発電機１７の制御電流（界磁電流）を制御する。これにより、実際の発電機駆動トルクの変化と実際のエンジントルクの変化とをほぼ同期させるように制御することが可能となり、発電機駆動トルクの変動による車両駆動トルクの変動（エンジン回転変動）を抑制することができ、発電機駆動トルクの変動による運転フィーリングの悪化や発電不足の問題を解消することができる。

しかも、本実施例では、現在の車両状態における最大エンジントルクから車両の走行に必要なトルク（要求車両駆動トルク）と所定のマージンを差し引いたトルクを発電機１７の駆動に供給可能なトルクとして算出すると共に、この供給可能なトルクに基づいて発電機１７で発電可能な電流を算出し、この発電可能な電流の範囲内で要求発電電流を算出するようにしたので、車両の加速応答性を損なわずに、発電機駆動トルクの変動による車両駆動トルクの変動（エンジン回転変動）を抑制することができる。

なお、本実施例のように補機（発電機１７）の機能を実現するのに必要なトルクを算出する要求補機駆動トルク算出手段（要求発電機駆動トルク予測手段）と、エンジントルクを要求補機駆動トルク（要求発電機駆動トルク）に応じて変化させるように制御するエンジン制御手段と、前記エンジントルクの応答遅れを考慮して補機（発電機１７）に対して遅れを持たせて補機（発電機１７）を制御する補機制御手段（発電機制御手段）とをもつ構成は、エンジントルクにより駆動される例えばエアコンのコンプレッサのような補機に対しても適用可能である。

本発明の一実施例におけるシステム全体の構成を示すブロック図である。 制御系の機能を説明するブロック図である。 制御プログラムの処理の流れを説明するフローチャートである。 制御例を説明するタイムチャートである。

符号の説明

１１…エンジン、１２…制御装置、１３…エンジン制御手段、１４…車両制御手段（要求車両駆動トルク算出手段）、１５…発電機制御手段（補機制御手段，要求補機駆動トルク算出手段，要求発電機駆動トルク予測手段）、１６…電源制御手段（要求発電電流算出手段）、１７…発電機、１９ａ、１９ｂ…電気負荷、２０ａ，２０ｂ…負荷制御手段、２１…バッテリ

Claims (4)

1. 車両を駆動するエンジン及びその出力トルクで駆動される補機を備えた補機付きのエンジンの制御装置において、
   前記補機の機能を実現するのに必要なトルク（以下「要求補機駆動トルク」という）を算出する要求補機駆動トルク算出手段と、
   要求車両駆動トルクを算出する要求車両駆動トルク算出手段と、
   前記エンジンの出力トルク（以下「エンジントルク」という）を前記要求補機駆動トルクと前記要求車両駆動トルクに応じて変化させるように制御するエンジン制御手段と、
   前記エンジントルクの応答遅れを考慮して前記補機に対して遅れを持たせて前記補機を制御する補機制御手段と
   を備え、
   前記エンジン制御手段は、所定の演算周期で前記要求補機駆動トルクと前記要求車両駆動トルクとを合計したトルクを要求エンジントルクとして前記エンジンを制御すると共に、該エンジンの応答遅れを考慮して所定演算タイミング後に実現できる前記エンジントルクを予測し、この予測エンジントルクと前記要求車両駆動トルクとの差分を許可トルクとして算出し、
   前記補機制御手段は、前記許可トルクに基づいて前記補機の駆動トルクを制御することを特徴とする補機付きのエンジンの制御装置。
2. 前記補機は前記エンジントルクで駆動される発電機であり、
   前記補機制御手段は、前記発電機の発電電流を制御する発電機制御手段であり、
   車両の電気負荷の動作状態及びバッテリの充電状態に応じて前記発電機に要求する発電電流（以下「要求発電電流」という）を算出する要求発電電流算出手段を備え、
   前記要求補機駆動トルク算出手段は、前記発電機を前記要求発電電流に応じて駆動するための要求発電機駆動トルクを前記要求補機駆動トルクとして予測する要求発電機駆動トルク予測手段であることを特徴とする請求項１に記載の補機付きのエンジンの制御装置。
3. 前記エンジン制御手段は、現在の車両状態における最大エンジントルクから少なくとも前記要求車両駆動トルクと所定のマージンを差し引いたトルクを前記補機の駆動に供給可能なトルクとして算出し、
   前記要求補機駆動トルク算出手段は、前記供給可能なトルクの範囲内で前記要求補機駆動トルクを算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の補機付きのエンジンの制御装置。
4. 前記エンジン制御手段は、現在の車両状態における最大エンジントルクから少なくとも前記要求車両駆動トルクと所定のマージンを差し引いたトルクを前記発電機の駆動に供給可能なトルクとして算出し、
   前記発電機制御手段は、前記供給可能なトルクに基づいて前記発電機で発電可能な電流を算出し、
   前記要求発電電流算出手段は、前記エンジン制御手段で算出した前記発電機で発電可能な電流の範囲内で前記要求発電電流を算出することを特徴とする請求項２に記載の補機付きのエンジンの制御装置。

Images