JP6222940B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、アイドル回転速度を制御するための内燃機関の制御装置に関するものである。

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、以下ＥＣＵと記す）、照明灯、エアコンディショナのコンプレッサを空冷するファンのモータ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。またエアコンディショナのコンプレッサやウォータポンプもまた前記オルタネータとは別に、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駆動される。そして従来、上記の負荷のうち、特に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出力に応じて増量する吸入空気量の増量分を自動変速機のシフト位置の出力に応じて変更するという制御を行う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、内燃機関と車両駆動系の間に摩擦係合がある場合に、車速に従ってアイドル回転速度を制御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）。

そして、内燃機関がある回転域に有る場合、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ではそれぞれ回転速度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ことが知られている。そこで一般の車両は、特に回転速度が低いアイドル回転時においては、コンプレッサがＯＮとなるタイミング、すなわちクランクシャフトとコンプレッサとの間に介在する電磁クラッチがＯＮとなるタイミングで回転速度の増量補正を行うことにより、上述のような回転速度の落ち込みを回避するようにしている。

ところで、車両の発進時や停車時において、変速機が車両の停車時から発進させるときに使用し得るような、例えば「１速」と呼ばれるような変速比に設定されクラッチが接続されている状態で、アクセルペダル及びブレーキペダルが操作されていないことにより車両が所定のアイドル回転速度により走行し得る状況で走行している時が存在する。このような走行状態をアイドルウォークと呼ばれることがある。このアイドルウォーク時では、希に一時的に急に車両の速度が上がったり、その後すぐに落ち込んだり、又は両方によって起こる特定の振動が発生することがある。かかる振動にドライバが気づいた場合には、ドライバは当該振動に違和感を覚えることがある。

しかしながら上記特許文献１に記載したようなものでは、アイドルウォーク中、エアコンスイッチＯＮ且つ、エアコン電磁クラッチＯＦＦの時に手動変速機の係合有無によるアイドル回転速度の増量制御がされていない。→エアコン電磁クラッチＯＮ（エアコンセンサ出力）時に車両の加速度変化（飛び出し感＋揺り戻し）が生じる。すなわち、上記特許文献１に記載したような技術を適用しても、依然として前記違和感は解消されず、運転者に不快感を及ぼすこととなる。

また特許文献２にはアイドル回転領域に発生する車両の揺れ（サージ現象）の防止目的で、エアコンディショナの出力に伴う、エンジン回転速度変動の予防については何ら記載がない。このため特許文献２に記載したような技術を適用したとしても、やはりアイドルウォーク時には特許文献１同様、前記違和感は解消されず、運転者に不快感を及ぼすこととなる。

このような違和感の原因について本願発明者らが鋭意研究を行った結果、当該アイドルウォーク時にエアコンディショナのスイッチが入った場合、上述の通り電磁クラッチの締結によりコンプレッサがＯＮとなるときに回転速度が増量補正されるが、かかる補正に応じて車速が変化することにより起こることが判った。

実開昭６４―３６６３６号公報 特開平４−３０３３１５２号公報

本発明は、このような不具合に初めて着目したものであり、ドライバビィティの悪化を有効に回避することができる内燃機関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内燃機関の制御装置は、車両に搭載される内燃機関のアイドル回転速度を制御するための制御装置であって、内燃機関と駆動輪とを繋ぐクラッチが接続され、変速機の変速比が車両の停車時から発進させるときに使用し得る変速比に設定され、アクセルペダル及びブレーキペダルが操作されておらず内燃機関がアイドル回転しながら車両が走行するアイドルウォークの条件を満たさない非アイドルウォーク時には、内燃機関とエアコンディショナのコンプレッサとを繋ぐ電磁クラッチが締結される直前である電磁クラッチがＯＮとなるタイミングでアイドル回転速度の増量補正を行う一方、前記アイドルウォークの条件を満たすアイドルウォーク時には、前記電磁クラッチが締結されるのに先んじて、予めアイドル回転速度を、非アイドルウォーク時において電磁クラッチが締結される直前に設定されるアイドル回転速度よりも高い速度まで増量補正することを特徴とする。

ここで、「停車時から発進させるときに使用し得る変速比」とは勿論、所謂「１速」と設定されている変速段に限られることはない。すなわち、車種によっては「１速」よりも変速比が高い「２速」と設定されている変速比であったり、或いは「１速」とされる変速段よりも変速比が小さい、例えば登坂目的で設定された所定の変速段であったりしても良い。また勿論、前記変速段には、所謂ニュートラルポジションが除かれることは言うまでもない。

すなわち本願発明者らが上述したようなアイドルウォーク時にドライバが感じ得る違和感の原因について鋭意研究を行った結果、当該アイドルウォーク時にエアコンディショナのスイッチが入った場合、上述の通り電磁クラッチの締結によりコンプレッサがＯＮとなるときに回転速度が増量補正されるが、かかる補正に応じて車速が変化することにより起こることが判った。

このようなものであれば、電磁クラッチを接続した時点では既に回転速度は非アイドルウォーク時よりも増量されているため、前記アイドルウォークと呼ばれるような走行時に、電磁クラッチを接続した時に起こる振動、とりわけ回転速度の増量補正に伴う、ドライバに違和感を与え得る車速の変化を抑制することができる。具体的には、回転速度の増量により起こる車速の一時的な増加による違和感が抑えられるため、それに伴う回転速度の揺り戻しによる減少も有効に抑えることができる。これにより、ドライバビリティの悪化を有効に防止し得る内燃機関の制御装置を提供することができる。

本発明によれば、ドライバビィティの悪化を有効に回避することができる内燃機関の制御装置を提供することができる。

本発明の一実施形態のハードウェア資源構成を示す図。 同実施形態に係るハードウェア資源構成を示す別の図。 同実施形態に係る制御装置を示す回路図。 同実施形態に係るタイムチャート。

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。

この内燃機関は、例えば図２に模式的に示すような手動変速機ＭＴを備えた自動車に搭載されるものである。すなわち当該自動車たる車両は、ドライバがアクセルペダルＡＰ及びブレーキペダルＢＰの操作に加え、クラッチペダルＣＰの踏み込みとともに手動変速機ＭＴが有するシフトレバーＳＬの操作を行うことにより、所望の変速比を有するシフトポジションつまり変速比を選択し得るものである。なお本実施形態では、これらアクセルペダルＡＰ、ブレーキペダルＢＰ、クラッチペダルＣＰ及びシフトレバーＳＬにはその状況を把握すべく、アクセルセンサ７１、ブレーキセンサ７２、クラッチセンサ７３及び図示しないシフト位置センサがそれぞれ設けられている。なお当該車両は、停車状態から発車する際にはシフト位置を最も変速比の低い１速とすれば良好な発車を行い得るように設定してある。

そして図１に示すように、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、アイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣバルブ）３５、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。

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速度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ｂ、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルセンサ７１から出力されるアクセル信号ｃ、ＩＳＣバルブ３５に設けられたセンサから出力されるＩＤＬ信号ｃ１、ブレーキペダルＢＰの踏込量を検出するブレーキセンサ７２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、手動変速機ＭＴにおける変速時に踏み込み操作されるクラッチペダルＣＰの状態を検出するクラッチセンサ７３から出力されるクラッチ信号ｇ、トランスミッションを構成するシフトレバーＳＬに設けられた図示しないシフト位置検出センサから出力されるシフト位置検出信号ｈ、バッテリの充電状態（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。

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電磁クラッチ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、ラジエタを冷却するためのラジエタファン６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なう際、上記制御信号のうちクラッチ接続信号ｍ１とファン駆動信号ｍ２とが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、電磁クラッチ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。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に入力され、このスイッチを短絡側に駆動する。

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、ｃ１、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｎ、ｏ、ｐを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転速度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、図４に示すような、アイドルウォークと呼ばれることもあるような条件を満たした低速走行時に、例えばエアコンディショナのスイッチ（Ａ／Ｃ ＳＷ）が入れられた状態で、且つ未だ電磁クラッチ５（Ａ／Ｃ ＭＧＣ）が非接続状態である条件を満たしたとき、内燃機関の回転速度を、前記電磁クラッチ５を接続する前に前記条件を満たしていないときよりも高い値に制御して前記電磁クラッチ５を接続することを特徴とする。

そして「アイドルウォーク時」とは、手動変速機ＭＴが車両の停車時から発進させるときに用いる変速比である１速に設定されクラッチＣＬが接続されている状態で、アクセルペダルＡＰ及びブレーキペダルＢＰが操作されていないことにより車両が所定のアイドル回転速度により走行し得る状況での走行時を指すものとする。

ここで、従来の制御における回転速度並びに加速度の挙動を同図下側に破線で示している。このように、従来では前記条件が成立してもなんら回転速度の増量補正を行わず、しかる後に電磁クラッチ５の接続と同時に例えば６５０ｒｐｍといった所定のアイドル回転速度から、例えばコンプレッサの駆動に起因する負荷をちょうど補うに足る所定の回転速度だけ増量するようにしている。この場合同図ではクラッチＣＬが接続されているため、増量された回転速度に応じたトルクが走行中にそのまま駆動輪に伝えられることでドライバに違和感を与えるような加速度の増加が起こる。そしてそのすぐ後に電磁クラッチ５の接続によりトルクが瞬時に失われることで車両が一時的に減速される。つまりドライバは電磁クラッチ５の接続時には短時間に加速と減速とを連続して感じることになる。

それに対して本実施形態では同図に示すように、前記条件成立時の回転速度をアイドル回転速度よりも高い回転速度とし、且つ同図に破線で示すような従来電磁クラッチ５接続時に設定された回転速度の増量補正量よりも大きい補正量とした上で、電磁クラッチ５接続している。これにより、電磁クラッチ５の接続により低下する内燃機関のトルクの割合を従来よりも小さく抑えることで、回転速度の落ち込みを有効に回避している。また、当該回転速度の増量補正の開始時は電磁クラッチ５が接続されるまでの何れのタイミングでも良いが、本実施形態では同図の如く、ドライバに与える違和感を最小限に抑えるべく、前記条件成立と同時に行うようにしている。すなわち、前記クラッチＣＬ、アクセルペダルＡＰ、ブレーキペダルＢＰ、エアコンディショナのスイッチ（Ａ／Ｃ ＳＷ）、シフト位置、電磁クラッチ５（Ａ／Ｃ ＭＧＣ）のうち、最後の条件以外の条件が満たされたと同時にエンジン回転速度の増量補正を行うようにしている。これにより、走行中に増量補正がされることによる不意な加速を有効に回避している。

以上のように本実施形態によれば、電磁クラッチ５を接続した時点では既に回転速度は前記条件以外のときよりも増量されているため、電磁クラッチ５を接続した時に起こる振動、とりわけ回転速度の増量補正に伴う、ドライバに違和感を与え得る車速の変化を抑制することができる。すなわち、回転速度の増量により起こる車速の一時的な増加による違和感が抑えられ、さらにそれに伴う回転速度の揺り戻しによる減少も有効に抑えることができる。これにより、ドライバビリティの悪化を有効に防止し得る制御装置つまりＥＣＵ０を実現している。

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、上記実施形態では吸気系にＩＳＣバルブを配した態様を開示したが、勿論、当該ＩＳＣバルブを配さない、所謂電子スロットルバルブを具備し、アクセルペダルの踏込量による制御とは別にＥＣＵが適宜当該電子スロットルバルブを制御することによりアイドル回転速度を維持するようにしたものであってもよい。また上記実施形態では手動変速機に接続された内燃機関に本発明を適用したが、勿論自動変速機に接続された内燃機関に本発明を適用してもよい。そして具体的なアイドル回転速度やアイドルウォーク時の点火時期等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。

本発明はアイドル回転速度を制御するための内燃機関の制御装置として利用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
５…電磁クラッチ
ＣＬ…クラッチ
ＡＰ…アクセルペダル
ＢＰ…ブレーキペダル

Claims (1)

1. 車両に搭載される内燃機関のアイドル回転速度を制御するための制御装置であって、
   内燃機関と駆動輪とを繋ぐクラッチが接続され、変速機の変速比が車両の停車時から発進させるときに使用し得る変速比に設定され、アクセルペダル及びブレーキペダルが操作されておらず内燃機関がアイドル回転しながら車両が走行するアイドルウォークの条件を満たさない非アイドルウォーク時には、内燃機関とエアコンディショナのコンプレッサとを繋ぐ電磁クラッチが締結される直前である電磁クラッチがＯＮとなるタイミングでアイドル回転速度の増量補正を行う一方、
   前記アイドルウォークの条件を満たすアイドルウォーク時には、前記電磁クラッチが締結されるのに先んじて、予めアイドル回転速度を、非アイドルウォーク時において電磁クラッチが締結される直前に設定されるアイドル回転速度よりも高い速度まで増量補正する内燃機関の制御装置。

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