JP6004696B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載され、エンジン回転を伝達することによりオルタネータその他の補機を駆動するシステムの制御に関する。

一般に自動車では、内燃機関のクランクシャフトから回転駆動力の伝達を受ける発電機であるオルタネータによって発電を行い、その発電した電力をバッテリに充電するとともに、電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）、照明灯、エアコンディショナのコンプレッサやラジエタを空冷するファンのモータ、ヒータ、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といった種々の電気負荷（電装系）に供給している。

そして従来、エアコンディショナのコンプレッサを冷却するためのファンを冷却水温、車速、エアコンプレッサ容量により、ファンの回転速度を最適に制御することで、動力の無駄を低減しようとしている技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながらファンの回転速度を調整するためには、駆動電圧を調整するための回路等が別途必要となり、そのために部品点数の増加を招来してしまう。またファンの回転速度を最適なものとするためには別途複雑な制御を要してしまう。さらに回転速度を調整可能に構成されているモータ自体も複雑なものに限られ、そのために製造コストの高騰をも招来してしまう。

特開平６−１７１３５２号公報

本発明は、このような不具合に着目したものであり、簡素な構成であっても動力の無駄を有効に削減し得るエアコンディショナの制御装置を提供することを目的としている。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち本発明に係る制御装置は、車両に搭載された内燃機関のクランクシャフトから回転駆動力の伝達を受けて回転する冷媒圧縮用のコンプレッサ、当該冷媒を通過させるエバポレータ、及び冷媒冷却用のファンを備えるエアコンディショナの制御を司るものであって、前記エアコンディショナのコンプレッサの作動時に、前記エバポレータの温度が所定値以下である場合において、車速が所定値以下であれば前記冷媒冷却用のファンを稼働させ、また冷媒圧が所定値を超えて高ければ冷媒冷却用のファンを稼働させる一方、車速が所定値を超えておりかつ冷媒圧が所定値以下であるならば、冷媒冷却用のファンを停止させる車速の条件を冷媒圧が高まるほど高く設定することを特徴とする。

このようなものであれば、エアコンディショナ作動時であってもエバポレータ温度及び冷媒圧力の値から冷房能力に余裕がある場合には適宜ファンを停止することで、動力を無駄なく有効に利用することができる。またファンを駆動させる総時間も節約することとなるのでファンの耐久性を有効に向上させることができる。その結果、耐久性を見越したファンの選定により製造コストの低減にも資する。

本発明によれば、エアコンディショナ作動時であってもエバポレータ温度及び冷媒圧力の値から冷房能力に余裕がある場合には適宜冷媒冷却用のファンを停止することで、動力を無駄なく有効に利用することができる制御装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る車両用内燃機関の全体構成を示す図。 同実施形態に係る制御装置を示す回路図。 同実施形態に係る他の回路図。 同実施形態に係るグラフ。 同実施形態に係るフローチャート。 同実施形態に係るタイムチャート。

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、火花点火式ガソリンエンジンであり、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、本実施形態における発電システムの等価回路を示す。オルタネータ１１０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内燃機関のクランクシャフトに接続しており、クランクシャフトの回転に従動して回転し発電する。オルタネータ１１０は、ステータに巻回されたステータコイル１１１と、ステータの内側に配置され回転するロータに巻回されたフィールドコイル１１２とを有する。ステータコイル１１１は三相コイルであり、三相交流の誘起電流を発電する。この誘起電流は、レクティファイヤ（整流器）１１３によって直流電流とした上でバッテリ１２０に蓄電する。

オルタネータ１１０が発電し出力する電圧の大きさは、レギュレータ１３０を介して制御される。レギュレータ１３０は、オルタネータ１１０に付帯するＩＣ式の既知のものであり、オルタネータ１１０の出力電圧を少なくとも二段階に切り替えることが可能である。

オルタネータ１１０は上記の通り、内燃機関のクランクシャフトから回転駆動力の供給を受けて回転し発電する。そのため、内燃機関から見ればオルタネータ１１０は機械負荷となる。その機械負荷は、オルタネータ１１０による発電量が大きいほど大きくなる。

本実施形態では内燃機関により駆動される補機として、エアコンディショナを具備している。当該エアコンディショナは、図示はしないが、主に、内燃機関にマグネットクラッチ５を介して駆動連結されて冷媒を圧縮するコンプレッサと、前記コンプレッサにより圧縮された冷媒を冷却し液化させるためのコンデンサと、エンジンルーム内から仕切られる車室内に配され液体状態の冷媒が通過するエバポレータとを有し、ファンモータ６により駆動されるラジエータファンを冷媒冷却用のファンとして用いている周知の構成のものである。冷媒は、前記エバポレータを通過する際に、車室内の熱を奪って気体となり、気体となった冷媒は前記コンプレッサで圧縮される。

内燃機関の運転及び補機の制御を司る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クランク角信号（Ｎ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、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、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ｅ、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ｆ、変速機を作動させる作動油の油温を検出する油温センサから出力される作動油温信号ｇ、吸気カムシャフトまたは排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信号）ｈ、バッテリ１２０の充電状態（バッテリ電圧、バッテリ電流、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信号ｎ、オルタネータ１１０の出力電圧を検出するセンサから出力される出力電圧信号ｐ、並びに、照明灯、エアコンディショナ、ヒータ、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を稼働させることを要望するユーザの手によって操作される操作入力デバイス（操作スイッチ、ボタン、タッチパネル等）から与えられる信号ｏ等が入力される。特に本実施形態では上記の各信号に加え、エアコンディショナをの状態を把握するためにエバポレータに取り付けられた温度センサから出力されるエバポレータ温度信号ｑ、冷媒圧を検知するセンサから出力される冷媒圧信号ｒ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、レギュレータ１３０に対して出力電圧指令信号ｌ、並びに、照明灯、エアコンディショナ、ヒータ、オーディオ機器、カーナビゲーションシステム等を稼働させるための制御信号等を出力する。制御信号には、内燃機関のクランクシャフトから冷媒圧縮用のコンプレッサへの回転駆動力の伝達を媒介するマグネットクラッチ５を断接切換するためのクラッチ接続信号ｍ１や、ラジエタを冷却するためのファンモータ６を駆動するファン駆動信号ｍ２の他、照明灯、ファンモータ６、ヒータ、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の各々への通電をＯＮ／ＯＦＦするための信号が含まれる。

本実施形態ではエアコンディショナを冷房のために稼働させる際に冷媒圧縮用のコンプレッサを冷却するためのファンを、上述の通りラジエタを冷却するためのラジエータファンと共用してなる。すなわちエアコンディショナによって冷房を行う際、上記制御信号のうちクラッチ接続信号ｍ１が少なくともＥＣＵ０より出力されるとともに、後述の通り断続的にファン駆動信号ｍ２がＥＣＵ０より出力される。

具体的には図３に示すように、内燃機関のクランクシャフトとエアコンディショナのコンプレッサとの間を断接切換するグネットクラッチ５に対してクラッチ接続信号ｍ１が出力されると、クラッチ接続信号ｍ１は、マグネットクラッチ５に通電する電気回路を短絡／遮断するリレースイッチ５１に入力され、このスイッチを短絡側に駆動する。その結果エアコンディショナがＯＮとなる。同じくファン駆動信号ｍ２が出力されると、ファンモータ６に通電する電気回路を短絡／遮断するリレースイッチ６１に入力され、このスイッチを短絡側に駆動する。その結果ラジエータファンがＯＮとなる。

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、ｎ、ｏ、ｐ、ｑ、ｒ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。また、バッテリ１２０の充電状態や、エアコンディショナ、照明灯その他の電気負荷の稼働状況を知得するとともに、オルタネータ１１０において供給するべき発電量を推算する。そして、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、オルタネータ１１０の出力電圧といった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、運転パラメータ及びユーザの操作に対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ１、ｍ２を出力インタフェースを介して印加する。

しかして本実施形態に係る制御装置たるＥＣＵ０は、マグネットクラッチ５の接続によるエアコンディショナ作動時に、エバポレータの温度及び冷媒圧力が所定値以下であり、且つ車両の速度が所定値以上の場合、前記冷媒冷却用のファンを停止、換言すればファンモータ６への通電を遮断することを特徴とする。

図４では、冷媒圧及び車速との関係から冷媒冷却用のファンすなわちラジエータファンの作動／停止すなわちＯＮ／ＯＦＦを行う境界をグラフとして示している。同図に示すように、車両の速度すなわち車速が低い状態では冷媒圧に拘わらずラジエータファンをＯＮとする。これは、ラジエータファンをＯＦＦとするとコンデンサの放熱量が足りなくなり、燃費が悪化してしまうからである。一方、所定の車速を超えるとラジエータファンをＯＦＦとし、一定の冷媒圧まではラジエータファンをＯＦＦとする車速及び冷媒圧を共に高くしていくよう設定している。これは一定の車速を超えるとコンデンサを走行風により冷やせるからである。ここで、グラフでは一部右肩上がりの傾斜を示すのは、車速が高い程コンデンサの冷却能力が高いからである。そして冷媒圧がさらに高い値を示すようになると、車速に拘わらずラジエータファンをＯＮとする。これによりグラフでは右側に平坦な直線が描かれる。これはエアコンディショナ自体を保護するためである。

図５では、ラジエータファンの作動／作動停止を決定するフローチャートである。まず冷却水温が所定温度よりも高い場合（ステップＳ１）は冷却水を冷却すべくエアコンディショナのＯＮ／ＯＦＦに拘わらずファンモータ６が作動、すなわちラジエータファンがＯＮとなる（ステップＳ２）。そして冷却水温が所定温度よりも低い場合（ステップＳ１）且つマグネットクラッチ５がＯＦＦの場合（ステップＳ３）は勿論ラジエータファンはＯＦＦとなる（ステップＳ７）。他方、マグネットクラッチ５がＯＮであり（ステップＳ３）、エバポレータの温度が低く（ステップＳ４）、車速が所定値以上で（ステップＳ５）、さらに冷媒圧が所定値よりも低い場合（ステップＳ６）のみ、ラジエータファンがＯＦＦ（ステップＳ７）となるようにしている。他方エバポレータ温度（ステップＳ４）、車速（ステップＳ５）、冷媒圧（ステップＳ６）の何れかが上記の条件を満たさないと、ラジエータファンがＯＮとなる（ステップＳ２）。

そして図６では、本実施形態に係るラジエータファンの制御と、エバポレータ温度の挙動との関係をグラフとして示している。まずラジエータファンをＯＮとした状態でエアコンディショナをＯＮとすると、エバポレータの温度は降下してゆきエアコンディショナカットの指標となる温度以下となる。このとき、エアコンディショナがＯＦＦとなり、ラジエータファンもＯＦＦとする。そうするとエバポレータの温度が徐々に上昇する。そしてエアコンディショナ復帰の指標となる温度となると、エアコンディショナが復帰し、それに伴いエバポレータ温度は少しのタイムラグを経てピークｑ１まで上昇した後、再び降下を始める。このとき、ラジエータファンはＯＦＦのままとしている。すなわちラジエータファンをＯＦＦとした状態でエアコンディショナはＯＮとしているため、このとき冷媒の余力が徐々に失われる。その結果、エバポレータの温度は再び上昇に転じる。そしてエバポレータの温度が前記ピークｑ１の値まで上昇すると、冷媒の余力が無いと判断し、ラジエータファンをＯＮとする。このようにラジエータファンがＯＮである状態でエアコンディショナをＯＮとすると、エバポレータ温度は少しのタイムラグを経た後下降を始める。そして再度、エアコンディショナカットの指標となる温度まで下降すると再びラジエータファンをＯＦＦとし、同時にエアコンディショナをＯＦＦとする。

このように本実施形態では、冷媒の余力を有効に利用しつつ、ラジエータファンの稼働時間を節約し、ラジエータファンの耐久性の向上に寄与するとともに、ラジエータファン作動に要する電力引いては内燃機関の動力を有効に削減している。

以上のような構成とすることにより、本実施形態に係る制御装置たるＥＣＵ０は、マグネットクラッチ５の接続によるエアコンディショナ作動時であってもエバポレータ温度及び冷媒圧力の値から冷房能力に余裕がある場合には適宜ファンモータ６を停止することで、内燃機関より発生する動力を無駄なく有効に利用することができる。またファンを駆動させる総時間も節約することとなるのでファンの耐久性を有効に向上させることができる。その結果、必要十分な耐久性を見越したファンの選定により製造コストの低減にも寄与し得る。

特に本実施形態では、ラジエータファンを再びＯＮとする際の指標となるエバポレータ温度をエアコンディショナの挙動から得られた値として記憶し設定するものとしている。具体的には、エアコンディショナ復帰の指標となる温度からエアコンディショナ作動により再度温度の降下を始める温度に設定している。これにより、冷媒の余力の有効活用とラジエータファンの作動時間の節約とを両立させている。

以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、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。

例えば、上記実施形態では冷媒冷却用のファンをラジエータファンと共用している態様を開示したが、勿論、別異のファンを用いたものであってもよい。またエアコンディショナの構成要素やオルタネータの具体的な態様は上記実施形態のものに限定されることはなく、既存のものを含め、種々の態様のものを適用することができる。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、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、エンジン回転を伝達することによりオルタネータその他の補機を駆動するシステムとして利用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）

Claims (1)

1. 車両に搭載された内燃機関のクランクシャフトから回転駆動力の伝達を受けて回転する冷媒圧縮用のコンプレッサ、当該冷媒を通過させるエバポレータ、及び冷媒冷却用のファンを備えるエアコンディショナの制御を司るものであって、
   前記エアコンディショナのコンプレッサの作動時に、前記エバポレータの温度が所定値以下である場合において、
   車速が所定値以下であれば前記冷媒冷却用のファンを稼働させ、また冷媒圧が所定値を超えて高ければ冷媒冷却用のファンを稼働させる一方、
   車速が所定値を超えておりかつ冷媒圧が所定値以下であるならば、冷媒冷却用のファンを停止させる車速の条件を冷媒圧が高まるほど高く設定する制御装置。

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