JP6129504B2 - 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ー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、上記電気負荷のうち、エアコンディショナを稼働させる際に内燃機関に掛かる負荷が大きくなることを見越して、種々の対策が講じられてきた。その一例として、エアコンディショナのスイッチがＯＮとされてもすぐに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て回転する冷媒圧縮用のコンプレッサを稼働させず、燃料噴射量及び吸気量を増量させて回転数を上げておき、しかる後にコンプレッサを作動させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また他にも、エアコンディショナを稼働させる際に予めコンプレッサ冷却用のファンを作動させておき車両内の空気による熱風を移動させ、コンプレッサ作動時にはファンが外気を好適にコンプレッサに送風するという技術も開示されている（例えば、特許文献２参照）。

ところで、内燃機関がある回転域に有る場合、エアコンディショナをＯＮとしたとき、冷媒冷却用ファンがＯＮとなることによるオルタネータの負荷が掛かり始めるタイミングと、コンプレッサがＯＮとなることによって内燃機関の負荷が掛かり始めるタイミングとではそれぞれ回転数が一時的に落ち込み、車両の揺れすなわち振動を招来してしまう場合がある。冷媒冷却用ファンがＯＮとなるタイミングと、コンプレッサがＯＮとなるタイミングとが重複することで内燃機関に掛かる負荷が一時的に大きくなりすぎる場合はもとより、これらの揺れが重複すると、車両の振動がドライバに違和感を与えてしまうまで顕著となる。

またエアコンディショナをＯＮとしている間は、冷媒冷却用ファンの寿命を延ばすという目的、並びに消費電力を抑え燃費を向上させるという目的を満たすために冷媒冷却用ファンの駆動時間を短く抑えるべく、冷房性能満たされる状態にあるときは冷媒冷却用ファンはＯＦＦとなる。その結果、エアコンディショナの作動中は頻繁に冷媒冷却用ファンのＯＮ／ＯＦＦが繰り返される。そうなると、エアコンディショナがＯＮとなる結果起こる上述の振動がそのまま継続されたり、エアコンディショナをＯＮとした後車両の挙動が安定しない間は冷媒冷却用ファンのＯＮ／ＯＦＦがドライバに違和感を与え得る車両振動を招来してしまったりする場合がある。

特許第２５０５６９６号公報 特開２００２−３０７９３８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、エアコンディショナ稼働中に起こる車体の振動を低減することでドライバビリティを有効に向上させることを所期の目的としている。

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、及び、クランクシャフトから回転駆動力の伝達を受けた発電機が発電する電力を用いて回転する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を稼働させる際、前記ファンの起動と、前記コンプレッサと前記クランクシャフトとの間に介在し回転駆動力を前記コンプレッサに伝えるためのクラッチの接続とを時間差を設けて行うとともに、前記エアコンディショナの稼働中に、冷房性能を満たしているときは前記ファンの回転を停止し、冷房性能を満たさなくなったときにはその停止したファンの回転を再開するようにし、前記エアコンディショナを稼働させる際のファンの起動及び前記クラッチの接続がなされた状態で、その時点から車両挙動が安定するまでの所定のマスク時間の間、冷房性能が満たされていても前記ファンの回転の停止及び再開を禁止し、前記マスク時間が経過した後は前記ファンの回転の停止及び再開を許可することを特徴とする。

このようなものであれば、冷媒冷却用ファンがＯＮとなることによるオルタネータの負荷が掛かり始めるタイミングと、コンプレッサがＯＮとなることによる負荷が掛かり始めるタイミングとが重複することを回避することで、内燃機関への過度な負荷を回避できる。またエアコンディショナの稼働後、車両挙動が安定するまでの間はファンの回転を禁止しないようにして、ファンのＯＮ／ＯＦＦに起因して起こる振動も有効に回避することで、ドライバへ違和感与えることを有効に回避できる。その結果、ドライバはエアコンディショナ稼働時に違和感を覚えることがなくなる。換言すれば本発明によれば、冷媒冷却用のファンの耐久性を確保しつつドライバビリティを有効に向上させることができる。

本発明によれば、冷媒冷却用のファンの耐久性を確保しつつドライバビリティを有効に向上させ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。 同実施形態におけるマグネットクラッチ及びコンデンサファンモータの制御例を示すタイミング図。 同実施形態におけるマスク時間と運転状態との相関を模式的に示す図。

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、例えば火花点火式ガソリンエンジンであり、ピストン１３が往復動可能に挿嵌された複数の気筒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。前記ピストンの往復動はコンロッド１４を介してクランクシャフト１５の回転運動へと変換される。

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１５から駆動力の伝達を受けて回転する。クランクシャフト１５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１５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。

また、車両のヘッドランプ８についても同様であり、リレースイッチ６６がＯＮになると、ヘッドランプ８に通電されてこれが点灯する。

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１５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、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、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、エアコンディショナ５を稼働させることを望む運転者が操作する操作スイッチから出力される信号ｑ、ヘッドランプ８を点灯させることを望む運転者が操作する操作スイッチから出力される信号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、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、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。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。

しかして本実施形態に係る制御装置たるＥＣＵ０は、前記エアコンディショナ５を稼働させる際、前記ファンの起動つまりコンデンサファン５３の作動と、コンプレッサ５１と前記クランクシャフト１５との間に介在し回転駆動力を前記コンプレッサに伝えるためのマグネットクラッチ５８の接続とを時間差を設けて行う。

図４は本実施形態における、エアコンディショナ５作動時における電子スロットルバルブ３２による吸気量の補正と、マグネットクラッチ５８、ファンモータ５３１の作動との関係を示したタイムチャートである。まずドライバの操作やエアコンディショナ５に対し予め設定された設定温度を保持すべく、エアコンディショナ５による冷房がＯＮとなると、エアコンディショナ５による負荷を見越した負荷補正量ＤＳＥＴと、一時的な負荷を見越した図示しない負荷見込み補正量とがそれぞれ加味され、吸気量が所定量増加する。その後負荷補正量ＤＳＥＴは増加したまま推移する。そして所定時間経過後に、ファンモータ５３１がＯＮとなる。そして所定時間経過した後、マグネットクラッチ５８の作動に先立ち、再び負荷補正量ＤＳＥＴがさらに増大する。その後負荷補正量ＤＳＥＴは増加したまま推移する。

そして所定時間経過後、次はマグネットクラッチ５８がＯＮとなる。本実施形態ではコンデンサファン５３の作動を実行した後、内燃機関の回転数が落ち込むことに起因する振動に係る車両の最初の動きからの反動が起きている間にマグネットクラッチ５８の接続を実行する。より具体的には、前記反動が起きている間のうち、ファンモータ５３１の作動を実行したことにより内燃機関の回転数が落ち込むことに起因する振動に係る車両の最初の動きからの反動を、マグネットクラッチ５８の接続を実行することで起こる内燃機関の回転数の落ち込みに起因する振動によって起こる車両の動きにより相殺する。つまり同図で示す、ファンモータ５３１がＯＮとなってからのマグネットクラッチ５８がＯＮとなるタイミングが、内燃機関の回転数が落ち込むことに起因する振動に係る車両の最初の動きからの反動が起きている間のタイミングであり、且つ、前記反動を相殺し得るタイミングとなっている。

なお本実施形態では吸気量の補正と併せて燃料噴射量の補正も行なわれているが、当該補正は吸気量の補正に応じる通常のものであるため、詳細な記載を省略する。

そして本実施形態では、前記エアコンディショナ５の稼働開始後十分に時間が経過して車両挙動が安定し、且つエアコンディショナ５の稼働中に冷房性能を満たしているときは前記コンデンサファン５３の回転を停止、すなわちファンモータ５３１への通電を停止する制御を行っている。なおファンモータ５３１への通電を停止している間は負荷補正量ＤＳＥＴも一定量低減される。

ここで、冷房性能が満たされているか否かはＥＣＵ０に入力されるエバポレータ５６の温度及び冷媒圧、具体的には冷媒圧センサから出力される冷媒圧信号ｆ、及びエバポレータ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ｇにより判断される。ファンモータ５３１への通電を制御する指標の一例としては、冷媒圧及びエバポレータ５６の温度が要求されている値に比べて高いときはファンモータ５３１へ通電し、冷媒圧及びエバポレータ温度が要求された値に比べて低い状態ではファンモータ５３１への通電を停止するという態様が挙げられる。

そして本実施形態に係るＥＣＵ０は、エアコンディショナ５を稼働させる際のコンプレッサファン５３の起動及び前記マグネットクラッチ５８の接続がなされた後、車両挙動が安定するまでの間であるマスク時間Ｍの期間中においては、前記ファンモータ５３１への通電を停止する制御を禁止する、換言すればファンモータ５３１への通電を維持することを特徴としている。

つまり、エアコンディショナ稼働後、運転状態によっては内燃機関の回転が不安定であったり車体の振動が発生したりし易いという、車両挙動が安定していない期間が存在することが知られている。本実施形態では斯かる期間に相当する時間或いは斯かる期間よりも長い時間を、マスク時間Ｍとして設定している。

図５は運転状態とマスク時間Ｍとの関係を模式的に示している。同図に示す様に要求負荷の指標の一つである吸気管圧力Ｑが高く且つ回転数Ｎｅが高いときにはマスク時間Ｍは設定せず、吸気感圧力Ｑ及び回転数Ｎｅが所定値よりも低い場合にマスク時間Ｍを設けるようにしている。本実施形態では同図のようにマスク時間Ｍを設ける一例として、吸気管圧力Ｑ及び回転数Ｎｅの値に応じて、例えば期間の長い順から３段階のマスク時間Ｍ３、Ｍ２、Ｍ１を設定している。但し、これらマスク時間Ｍを設定する態様は同図の態様に限られない、例えば吸気管圧力Ｑ及び回転数Ｎｅに応じてマスク時間Ｍの長さを無段階に設定したり、これらＱ、Ｎｅの値に応じたマスク時間Ｍの長さを予めマップの形で記憶させておき、運転状態に応じて適宜マップから読み出すという態様としたりしても良い。また要求負荷の指標は吸気感圧力Ｑに限られず、アクセルペダルの踏込み量やスロットルバルブ３２の開度等、適宜の指標を適用し得る。

そして図４に示すように、マスク時間Ｍが適用されている状態で同図で波線に示す如くファンモータ５３１への通電を停止した場合、詳細にはファンモータ５３１のＯＮ／ＯＦＦを繰り返した場合には、マスク期間Ｍ中は安定しない車両挙動に起因して車両の振動が、例えば同図に波線で示すように大きくなり、ドライバに違和感を与え、ドライバビィリティを損ねてしまう。

しかし本実施形態では当該マスク時間Ｍ中には実線にて示すとおり、冷房性能が満たされていても同図に破線で示す様なファンモータ５３１への通電が停止されることがなく、ファンモータ５３１への通電が維持される。これにより、車両の振動が実線で示される通り大きくなることが無く、ドライバが違和感を覚えることがない。

以上のように、本実施形態に係る制御装置たるＥＣＵ０は、冷媒冷却用ファンであるコンプレッサファン５３がＯＮとなることによる発電機たるオルタネータ６２の負荷が掛かり始めるタイミングと、コンプレッサ５１がＯＮとなることによる負荷が掛かり始めるタイミングとが重複することを回避することで、内燃機関への過度な負荷を回避している。またエアコンディショナ５の稼働後、車両挙動が安定するまでの間をカバーしているマスク時間Ｍの期間中はコンプレッサファン５３の回転を禁止しないようにして、コンプレッサファン５３のＯＮ／ＯＦＦに起因して起こる振動も有効に回避することで、ドライバへ違和感与えることを有効に回避できる。その結果、ドライバはエアコンディショナ５稼働時に違和感を覚えることがなくなる。換言すれば本発明によれば、ファンモータ５３１の寿命を長期間維持しながらも、ドライバビリティを有効に向上せしめている。

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、上記実施形態ではファンの起動をクラッチの接続よりも先に行ったが、勿論クラッチの接続を先に行っても良い。また上記実施形態では一方たるファンの起動による車両の最初の動きからの反動が起きている期間内で他方たるクラッチの接続を実行したが、前記反動をクラッチの接続に係る動きで相殺できるタイミングであれば、前記反動が起こっている期間を外したタイミングで他方を実行しても良い。さらに上記実施形態では実行吸気量を電子スロットルバルブにより制御する態様を開示したが、勿論、アイドルスピードコントロールバルブにより制御する態様としてもよい。また内燃機関や電装系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。

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）
１５…クランクシャフト
５…エアコンディショナ
５１…コンプレッサ
５３…冷媒冷却用のファン（コンデンサファン）
５３１…ファンモータ
５８…マグネットクラッチ
６２…発電機（オルタネータ）
Ｍ…マスク時間

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、及び、クランクシャフトから回転駆動力の伝達を受けた発電機が発電する電力を用いて回転する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を稼働させる際、前記ファンの起動と、前記コンプレッサと前記クランクシャフトとの間に介在し回転駆動力を前記コンプレッサに伝えるためのクラッチの接続とを時間差を設けて行うとともに、
   前記エアコンディショナの稼働中に、冷房性能を満たしているときは前記ファンの回転を停止し、冷房性能を満たさなくなったときにはその停止したファンの回転を再開するようにし、
   前記エアコンディショナを稼働させる際のファンの起動及び前記クラッチの接続がなされた状態で、その時点から車両挙動が安定するまでの所定のマスク時間の間、冷房性能が満たされていても前記ファンの回転の停止及び再開を禁止し、前記マスク時間が経過した後は前記ファンの回転の停止及び再開を許可することを特徴とする制御装置。

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