JP2013216222A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライバビリティを有効に向上させ得る車両用の制御装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る制御装置たるＥＣＵは、走行中に前記エアコンディショナを稼働させる際、前記ファンの起動つまりファンモータの作動と、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マグネットクラッチの接続とを時間差を設けて行うこととし、ファンモータ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。
【選択図】図８

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、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。

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時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、走行中に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こととし、前記ファンの起動と前記クラッチの接続とのうち一方を実行したことにより前記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、他方を実行することで起こる前記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分散させるとともに、上記時間差により、各々の負荷による起こる車両の振動同士を相殺させることで当該振動を低減させ、振動によるドライバの違和感を解消することができる。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、ドライバビリティを有効に向上させ得る車両用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。 同実施形態に係る制御を示すタイムチャート。 同実施形態に係る作用を示すための比較対象を示す図。 同実施形態に係る作用を説明するための参考図。 同実施形態に係る作用を示すための比較対象を示す参考図。 同実施形態に係る作用説明図。

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、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。

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。

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、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、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。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、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ＥＣＵは、走行中に前記エアコンディショナを稼働させる際、前記ファンの起動つまりファンモータ６の作動と、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マグネットクラッチ５の接続とを時間差を設けて行うこととし、ファンモータ６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５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６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５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ことを特徴とする。

図４は本実施形態における、エアコンディショナ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５、ファンモータ６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による冷房がＯＮとなると、エアコンディショナ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負荷見込み補正量ＤＳＫＰ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一方見込み補正量は漸次低減していく。当該負荷見込み補正量ＤＳＫＰがもとの値に戻った時、もしくは、補正量ＤＳＫＰが加味されてから所定時間経過後に、ファンモータ６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５の作動に先立ち、再び負荷補正量ＤＳＥＴ及び負荷見込み補正量ＤＳＫＰ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一方負荷見込み補正量ＤＳＫＰは漸次低減していく。次は負荷見込み補正量ＤＳＫＰがもとの値に戻る前のタイミングで、マグネットクラッチ５がＯＮとなる。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。

つまり同図で示す、ファンモータ６がＯＮとなってからのマグネットクラッチ５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。

続いて上記制御に起因する作用について図８を参照するとともに、図５乃至図７に示す比較対象や参考例を示しながら説明していく。

図５は、マグネットクラッチ並びにファンモータをそれぞれ個別に作動させた際の回転数並びに車両振動の挙動を比較対象として示している。同図では従来の態様を示すべく、マグネットクラッチ５の作動タイミングｘとファンモータ６の作動タイミングｚとが同じとなるように重ねて表示したグラフとしている。同図に示す通り、マグネットクラッチ５並びにファンモータ６を作動させたときの回転数の振幅及び車両振動は互いに類似する周期となっている。つまり同図のようにマグネットクラッチ５並びにファンモータ６をそれぞれ個別に作動させた場合は回転数の振幅並びに車両振動がより大きくなることは明らかである。

ここで、回転数の振幅はマグネットクラッチ５又はファンモータ６のＯＮ時に起こる回転数低下を戻そうしてＥＣＵ０が別途働くことによるフィードバック制御等の影響によるものである。また車両振動の振幅は、車両走行中、マグネットクラッチ５又はファンモータ６のＯＮ時に最初に起こる回転数低下により車両がブレーキが掛かったかのような動きを起こし、この動きが車両に搭載されたサスペンション等の作用によって反動し、その後車体固有の振動周波数に従って反復した揺れを起こすことにより起こるものである。つまり車両振動によって起こる振動の周期は車体の大きさや部品の態様により決定される。

そして図６は、ファンモータの作動タイミングｚよりもマグネットクラッチの作動タイミングｘを遅らせた場合を想定しグラフとして示した参考図である。同図は、ファンモータの作動により「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」が起きる始点ｙ１から終点ｙ２までのタイミングの内、始点ｙ１近傍でマグネットクラッチ５を作動させた場合を示している。詳細にはマグネットクラッチ５の作動をファンモータ６よりも０．２５秒遅らせた場合を図示している。同図では、それぞれの振幅又は振動の周期が相反していることが判る。

そして図７では、ファンモータ６の作動タイミングよりｚもマグネットクラッチ５の作動タイミングｘを遅らせた場合ではあるが、ファンモータの作動により「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」が起きる始点ｙ１から終点ｙ２までのタイミングとは異なるタイミング、詳細には始点ｙ１よりも前のタイミングでマグネットクラッチ５を作動させたときの実際の回転数並びに車両振動の挙動を示している。このように、同図では回転数の振幅並びに車両振動が、ファンモータ６によるものとマグネットクラッチ５によるものとで共振する態様を示し、大きな回転数の振幅並びに車両振動を招来している。

そして図８は本実施形態の作用説明図である。すなわちファンモータ６の作動タイミングｚよりもマグネットクラッチ５の作動タイミングを好適に遅らせた場合をグラフとして示した参考図である。同図は、ファンモータ６の作動により「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」が起きる始点ｙ１から終点ｙ２までのタイミングでマグネットクラッチ５を作動させた場合を示している。詳細にはマグネットクラッチ５の作動タイミングをファンモータ６の作動タイミングよりも０．２５６秒遅らせることで、始点ｙ１に近接したタイミング、さらに詳細には終点ｙ２よりも始点ｙ１により近接したタイミングでマグネットクラッチ５を作動させた場合を図示している。同図では、それぞれの回転数の振幅も車両振動も何れも相殺され、明らかに低減されている。

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、冷媒冷却用のためのファンモータ６がＯＮとなることによるオルタネータ１１０の負荷が掛かり始めるタイミングと、コンプレッサを作動させるためのマグネットクラッチ５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分散させるとともに、上記時間差により、各々の負荷による起こる車両振動同士を相殺させることで当該振動を低減させ、振動によるドライバの違和感を解消することができる。

特に本実施形態では、内燃機関に負荷が掛かる際に起こる回転数の振幅する周期も上記車両振動の周期に近いことにも着目し、上記時間差を回転数の振幅をも相殺し得るタイミングとしているので、車両振動の原因である回転数の振幅をも低減させているので、より一層車両振動の抑制に資するものとなっている。

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。

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制御装置として利用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１１０…発電機（オルタネータ）
６…ファンモータ
５…クラッチ（マグネットクラッチ）

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、
   走行中に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こととし、
   前記ファンの起動と前記クラッチの接続とのうち一方を実行したことにより前記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、他方を実行することで起こる前記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ことを特徴とする制御装置。

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