JP6176911B2

JP6176911B2 - 制御装置

Info

Publication number: JP6176911B2
Application number: JP2012211421A
Authority: JP
Inventors: 清崇山崎
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2017-08-09
Anticipated expiration: 2032-09-25
Also published as: JP2014065386A

Description

本発明は、車両に搭載された内燃機関及びこの内燃機関に付帯するオルタネータを制御する制御装置に関する。

一般に、自動車等では、内燃機関が出力する駆動力の一部を利用してオルタネータを回転させ、発電した電力を車載のバッテリに充電するとともに、運転制御を司るＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）や車体に装備されている照明灯、エアコンディショナのコンデン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等といった種々の電気負荷（電装系）に供給している。

内燃機関のアイドリング中に電装系による電力需要が増大した場合、アイドリング中であってもオルタネータによる発電量を増大させるが、これに起因して内燃機関にかかる機械的な負荷が増し、アイドル回転を維持できなくなるおそれがある。そこで、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強する補正制御を行い、アイドル回転を維持するようにしている（例えば、下記特許文献を参照）。

特開平０９−１１２３１４号公報

オルタネータやバッテリは、仕向地により性能諸元の異なるものを使用している。具体的には、標準仕様と寒冷地仕様とで、オルタネータの出力電流の大きさ及びバッテリの充電容量が異なっており、オルタネータを作動させる際の内燃機関の動力損失の大きさも変わってくる。内燃機関の出力トルクを増強する補正制御のためには、この動力損失を予め把握しておくことが望ましい。

オルタネータに仕様を表示する専用のＩＣを実装する、あるいはオルタネータとＥＣＵとを接続するハーネスを仕様毎に別個のものとすれば、ＥＣＵがそのＩＣまたはハーネスを識別してオルタネータの仕様を知得することが可能となり、仕様に合わせて制御を最適化できる。しかし、このようなハードウェア的な識別手法は、追加のコストを発生させる不利がある。

オルタネータ等と同様に、ＥＣＵを仕向地毎に異なるものとすることも考えられるが、コストの高騰を招く。

ＥＣＵにおいてオルタネータの仕様の確認を行わず、標準仕様のものに対しても寒冷地仕様のものに対しても適用可能な共通の制御ロジックを作製しておくという手もある。しかしながら、寒冷地仕様のオルタネータの作動時には、内燃機関の出力トルクが不足してエンジン回転数が低落するおそれがあり、標準仕様のオルタネータの作動時には、内燃機関の出力トルクが過剰となってエンジン回転数が上昇、燃費が悪化するきらいがある。エンジンストールの防止と燃費の維持とのバランスをとるための適合にはかなりの労力が費やされ、開発工数の増加につながる。

本発明は、上述の問題に初めて着目してなされたものであり、余分なハードウェアの追加なしに、オルタネータの仕様を判定できるようにすることを所期の目的としている。

本発明では、車両に搭載された内燃機関及びこの内燃機関から駆動力の供給を受けて発電を行うオルタネータを制御するものであって、オルタネータ及び電気負荷がバッテリに対して並列に接続されておりその電気負荷が一定である状況の下でオルタネータの発電電圧を０と所定電圧との間で変動させる操作を行い、その間に変動するバッテリ電流を計測し、オルタネータの発電電圧が０であるときのバッテリ電流値と、所定電圧であるときのバッテリ電流値との差分に基づいて、オルタネータの仕様を判定することを特徴とする制御装置を構成した。オルタネータの発電電圧が０のときに計測されるバッテリ電流値は、バッテリから電気負荷に供給される暗電流値を示す。

本発明によれば、余分なハードウェアの追加なしに、オルタネータの仕様を判定することが可能である。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関の全体構成を示す図。同実施形態における電装系の回路図。オルタネータの仕様に応じたオルタネータによる動力損失の特性を示す図。同実施形態の制御装置がプログラムに従い実行する判定処理の内容を説明するタイミング図。

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、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。加えて、吸気通路３における、スロットルバルブ３２の上流側と下流側とを短絡するバイパス流路３５には、当該流路３５の開度を調節するためのアイドルスピードコントロールバルブ３６を設けてある。

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。

自動車では、内燃機関の出力の一部を利用して発電を行い、その発電した電力を車載のバッテリ１２０に充電するとともに、ＥＣＵ２、照明灯、ファンモータ、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等といった種々の電気負荷５に供給することが通例である。

図２に、電装系の回路図を示す。電気負荷５の各々は、電源であるバッテリ１２０及びオルタネータ１１０に対して並列に接続する。電気負荷５には、途上にリレースイッチ６、またはパワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ等に代表されるパワーデバイス（電力用半導体素子）７を設けた通電回路を介して通電する。そして、リレースイッチ６またはパワーデバイス７のスイッチ動作により、電気負荷５への通電をＯＮ／ＯＦＦする。パワーデバイス７のスイッチ動作を惹起する点弧信号ｑをパワーデバイス７に入力して、電気負荷５に印加する電圧をＰＷＭ制御することも可能である。

オルタネータ１１０は、内燃機関のクランクシャフトから駆動力の伝達を受けて回転する。このオルタネータ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る。オルタネータ１１０の出力電圧、即ちステータコイルに誘起される電圧は、フィールドコイルを流れるフィールド電流のＤＵＴＹ比、即ちｆＤＵＴＹに比例して大きくなる。レギュレータ１３０は、ＥＣＵ２からオルタネータ１１０の出力電圧を指令する信号ｌを受け付け、その指令された出力電圧を実現するようにｆＤＵＴＹを調節するＰＷＭ制御を行う。

内燃機関の運転及び補機の制御を司るＥＣＵ２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、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、車両が現在所在している路面の勾配や車両の加速度を検出する加速度センサから出力される加速度信号ｆ、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の充放電状況に関わるバッテリ電流、バッテリ電圧及び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、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望む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。

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、アイドルスピードコントロールバルブ３６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、電装系の通電回路上のリレースイッチ６に対してＯＮ信号ｐ、パワーデバイス７に対して点弧信号ｑ等を出力する。

ＥＣＵ２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。ＥＣＵ２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の充電状態や各種電気負荷５の稼働状況を知得するとともに、オルタネータ１１０において発電するべき電力を推算する。そして、要求される燃料噴射量、燃料噴射時期（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火時期、オルタネータ１１０の発電電圧等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。ＥＣＵ２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、ｐ、ｑを出力インタフェースを介して印加する。

本実施形態のＥＣＵ２は、内燃機関のアイドリング中に、エンジン回転数を所定の目標アイドル回転数に収束せしめるべく、アイドルスピードコントロールバルブ３６の開度（即ち、吸気量）及びインジェクタ１１の燃料噴射量を調整するフィードバック制御を行う。

さらに、ＥＣＵ２は、上記のフィードバック制御に加えて、オルタネータ１１０の発電量に応じて増減する内燃機関の機械的な負荷を補うための補正制御をも実行する。

図３に、オルタネータ１１０の出力電圧と、オルタネータ１１０の発電動作に起因して発生する内燃機関の動力損失との関係を示している。図３中、実線は標準仕様のオルタネータ１１０の特性を示し、破線は寒冷地仕様のオルタネータ１１０の特性を示している。標準仕様のオルタネータ１１０と寒冷地仕様のオルタネータ１１０とでは、出力する電流の大きさが異なっており、標準仕様のものよりも寒冷地仕様のものの方が電流が大きい。例えば、標準仕様が定格電流８０Ａ、寒冷地仕様が定格電流１００Ａである。それ故、オルタネータ１１０による動力損失も、寒冷地仕様の方が大きい。

オルタネータ１１０による動力損失に対しては、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ることで対処する。適正な補正制御のためには、車両に搭載されているオルタネータ１１０が標準仕様であるのか寒冷地仕様であるのかを知得する必要がある。

そこで、本実施形態のＥＣＵ２は、オルタネータ１１０の仕様を判定するためのソフトウェアによる判定処理を実施する。この判定処理では、オルタネータ１１０が発電し出力する電圧を、０と所定電圧との間で変動させる操作を行い、その間に変動するバッテリ電流を計測する。そして、オルタネータ１１０の出力電圧が０であるときのバッテリ電流値と、所定電圧であるときのバッテリ電流値との差分を求め、この差分に基づいてオルタネータ１１０の仕様を判定する。

本実施形態では、図４に示すように、ｆＤＵＴＹ＝０％、及び上記の所定電圧としてｆＤＵＴＹ＝１００％を、ＥＣＵ２からオルタネータ１１０のレギュレータ１３０に指令することで、オルタネータ１１０の出力電圧を０から所定電圧即ちオルタネータ１１０の定格電圧へと強制的に増大させる。因みに、図３では、ｆＤＵＴＹが０％から１００％までステップ的に急増し、また１００％から０％までステップ的に急減するように描かれているが、ｆＤＵＴＹを徐々に増大させるように徐励し、または徐々に減少させるように徐励してもよいことは言うまでもない。

ｆＤＵＴＹ＝０％のときに計測されるバッテリ電流値Ｉ₀は、バッテリ１２０から電気負荷５に供給される暗電流値を示す。ｆＤＵＴＹ＝１００％のときに計測されるバッテリ電流値Ｉ₁と、ｆＤＵＴＹ＝０％のときに計測されるバッテリ電流値Ｉ₀との差分（Ｉ₁−Ｉ₀）を演算すれば、発電によってオルタネータ１１０が出力する電流の大きさを示唆する値が得られる。この値（Ｉ₁−Ｉ₀）が標準仕様の出力電流に近ければ、搭載されているオルタネータ１１０は標準仕様のものと判定される。翻って、この値（Ｉ₁−Ｉ₀）が寒冷地仕様の出力電流に近ければ、搭載されているオルタネータ１１０は寒冷地仕様のものと判定される。

オルタネータ１１０の仕様の判定処理は、アクセル開度及びブレーキペダルの踏込量がそれぞれ０または０に近い所定の閾値以下であり、車両の車軸側から内燃機関のクランクシャフト側へトルクが伝達される、惰性走行中または減速走行中（燃料カット中であることがある）に実施することが望ましい。アイドリング中や加速走行中等にこの判定処理を敢行すると、オルタネータ１１０の出力電圧を変動させる操作が車両のドライバビリティやドライブフィーリングに好ましくない影響を及ぼすおそれがあるからである。

また、ｆＤＵＴＹ＝０％のときのバッテリ電流値Ｉ₀、及びｆＤＵＴＹ＝１００％のときのバッテリ電流値Ｉ₁の計測は、それぞれ複数回行い、計測値Ｉ₀、Ｉ₁の各々の平均をとって判定に供することが望ましい。オルタネータ１１０の仕様の判定処理は、電気負荷５やその他の条件が変化せず一定である状況の下で行うことが理想的である。

内燃機関のアイドル回転数制御において、ＥＣＵ０は、オルタネータ１１０の仕様の判定が完了する前は、図３中の鎖線で示すような中間的な特性を仮定して、吸気量及び燃料噴射量の補正制御を行う。オルタネータ１１０の仕様の判定を完了した後は、そのオルタネータ１１０が標準仕様であるか寒冷地仕様であるかに応じ、図３中の実線で示す特性または破線で示す特性に則った補正制御を行う。これら鎖線、実線及び破線で示される特性は、マップデータとして予めＥＣＵ２のメモリに格納されている。

本実施形態では、車両に搭載された内燃機関及びこの内燃機関から駆動力の供給を受けて発電を行うオルタネータ１１０を制御するものであって、オルタネータ１１０の発電電圧を０と所定電圧との間で変動させる操作を行い、その間に変動するバッテリ電流Ｉ₀、Ｉ₁を計測し、オルタネータ１１０の発電電圧が０であるときのバッテリ電流値Ｉ₀と、所定電圧であるときのバッテリ電流値Ｉ₁との差分（Ｉ₁−Ｉ₀）に基づいて、オルタネータ１１０の仕様を判定することを特徴とする制御装置２を構成した。

本実施形態によれば、余分なハードウェアを追加することなしに、低コストでオルタネータ１１０の仕様を判定することが可能となる。そして、寒冷地仕様のオルタネータ１１０に対しては、内燃機関の出力トルクの不足を適切に補ってエンジン回転数の低落を回避することができ、標準仕様のオルタネータ１１０に対しては、内燃機関の出力トルクが過剰となることを防いで燃費を高く保つことができる。

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、上記実施形態では、オルタネータの仕様の判定において、ｆＤＵＴＹ＝１００％のときのバッテリ電流値を計測していたが、ｆＤＵＴＹ＝１００％以外の値、例えばｆＤＵＴＹ＝５０％のときのバッテリ電流値を計測して判定に供することも当然に可能である。

その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、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、車両に搭載される内燃機関の制御に利用できる。

２…制御装置（ＥＣＵ）
１１０…オルタネータ
１２０…バッテリ

Claims

車両に搭載された内燃機関及びこの内燃機関から駆動力の供給を受けて発電を行うオルタネータを制御するものであって、
オルタネータ及び電気負荷がバッテリに対して並列に接続されておりその電気負荷が一定である状況の下でオルタネータの発電電圧を０と所定電圧との間で変動させる操作を行い、その間に変動するバッテリ電流を計測し、
オルタネータの発電電圧が０であるときのバッテリ電流値と、所定電圧であるときのバッテリ電流値との差分に基づいて、オルタネータの仕様を判定することを特徴とする制御装置。