JP6107778B2 - 内燃機関の回転速度制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の動力によって走行する車両であって該内燃機関の動力によって駆動される補機を備える車両に適用される内燃機関の回転速度制御装置に関する。

たとえば、特許文献１には、内燃機関に加わる負荷トルクに基づき、アイドル運転時における内燃機関に対する要求トルクを算出し、要求トルクに応じて内燃機関のアクチュエータを操作することによって、回転速度を目標速度に制御するものが提案されている。ここで、負荷トルクには、クランク軸に補機が与える補機負荷トルクが含まれる。

特開平１０−３２５３４９号公報

ところで、上記装置においてアイドル運転時に回転速度を目標速度に制御するためには、上記要求トルクによって内燃機関に要求される軸トルクが、内燃機関で実現可能な軸トルクの最大値以下である必要がある。このため、アイドル運転時において、補機がクランク軸に与える補機負荷トルクに対して上記軸トルクの最大値に余裕がない場合、補機負荷トルクが内燃機関で実現可能な軸トルクの最大値を上回ることが懸念される。補機負荷トルクが内燃機関で実現可能な軸トルクの最大値を上回ると、内燃機関のクランク軸の回転速度が急速に低下し、内燃機関の停止（エンジンストール）に陥ることが懸念される。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関で実現可能な軸トルクの最大値に余裕がない場合であっても、エンジンストールに陥る事態を好適に抑制することのできる内燃機関の回転速度制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
上記課題を解決する内燃機関の回転速度制御装置は、内燃機関の動力によって走行する車両に適用され、前記内燃機関のクランク軸の回転速度をアイドル運転時の目標速度に制御するアイドル制御処理部と、前記アイドル制御処理部による制御がなされているとき、前記内燃機関の回転速度が所定の速度以下となることを条件として、前記車両に搭載される補機のうちの所定の補機が前記内燃機関のクランク軸に与える補機負荷トルクを減少させる減少処理部と、前記アイドル制御処理部による制御時において前記内燃機関が発生可能な最大トルクを取得する最大トルク取得処理部と、前記搭載される補機が前記クランク軸に与える補機負荷トルクを含む負荷トルクを取得する負荷トルク取得処理部と、前記最大トルク取得処理部が取得する最大トルクと前記負荷トルク取得処理部が取得する負荷トルクとに基づき、前記アイドル制御処理部による制御がなされているとき、前記搭載される補機が前記クランク軸に与える補機負荷トルクを前記内燃機関で実現可能な軸トルクの最大値が上回るトルク差分が所定値以下である場合、該所定値よりも大きい場合と比較して、前記所定の速度を高く設定する設定処理部と、を備える。

上記減少処理部は、内燃機関のアイドル運転時において、何らかの要因で内燃機関の回転速度が低下し、内燃機関の回転速度を目標速度に復帰させることが困難となる事態に陥る前に、所定の補機がクランク軸に与える補機負荷トルクを減少させ、ひいてはエンジンストールに陥ることを抑制することを狙っている。ところで、補機がクランク軸に与える補機負荷トルクに対して軸トルクの最大値に余裕がない場合には、余裕がある場合と比較して、何らかの要因で内燃機関の回転速度が低下した場合、内燃機関の回転速度を目標速度に復帰させるのに困難が伴う。このため、軸トルクの最大値に余裕があることを前提に上記所定の速度を設定する場合、軸トルクの最大値に余裕がない場合には、減少処理部によって補機がクランク軸に与える補機負荷トルクを減少させる処理が間に合わず、エンジンストールに陥ることが懸念される。これに対し、軸トルクの最大値に余裕がないことを前提に上記所定の速度を設定する場合、軸トルクの最大値に余裕がある場合には、減少処理部によって補機負荷トルクを減少する処理が必要ないにもかかわらず、実行されるおそれがある。

この点、設定処理部を備えて上記トルク差分が所定値以下である場合に所定値よりも大きい場合と比較して、所定の速度を高く設定することで、内燃機関で実現可能な軸トルクの最大値に余裕がない状態で回転速度が低下する場合には余裕ある場合と比較して、内燃機関で実現可能な軸トルクの最大値が補機負荷トルクを上回るトルク差分を早期に拡大することができる。このため、内燃機関で実現可能な軸トルクの最大値に余裕がない場合であっても、エンジンストールに陥る事態を好適に抑制することができる。しかも、軸トルクの最大値に余裕がないことを前提に上記所定の速度を設定する場合と比較して、減少処理部によって補機負荷トルクを減少する処理が実行されることを抑制することもできる。

また、内燃機関の回転速度制御装置は、前記最大トルク取得処理部によって取得される最大トルクは、外気の温度および外気の圧力の少なくとも一方に応じて可変設定されるようにしてもよい。

上記装置では、最大トルクが外気の温度や外気の圧力に応じて可変設定されるため、可変設定しない場合と比較して上記トルク差分をより高精度に算出することができる。このため、実現可能な軸トルクの最大値に余裕がある場合に上記所定の速度を上昇させることに起因して所定の補機がクランク軸に与える補機負荷トルクを減少させる処理がなされる事態を抑制することができる。

上記内燃機関の回転速度制御装置は、前記所定の補機は、前記車両に搭載される空調装置のコンプレッサであるようにしてもよい。
上記装置では、補機負荷トルクの減少対象を、車両の走行に関わる機能に直接影響しないコンプレッサとすることで、減少処理部による処理が車両の走行に関わる機能に影響する事態を好適に抑制することができる。

上記内燃機関の回転速度制御装置は、前記設定処理部は、前記トルク差分が前記所定値よりも大きい場合、前記所定の速度を第１の値に設定し、前記トルク差分が前記所定値以下である場合、前記所定の速度を前記第１の値よりも高い第２の値に設定するようにしてもよい。

上記装置では、所定値以下であるか否かに応じて所定の速度が可変設定される。このため、内燃機関で実現可能な軸トルクの最大値に余裕がない場合にエンジンストールに陥る事態を抑制するための処理を比較的簡易に行うことができる。

上記内燃機関の回転速度制御装置は、前記設定処理部は、前記トルク差分が小さいほど、前記所定の速度を２段階以上で段階的に、または連続的に、高い値に設定してもよい。
内燃機関で実現可能な軸トルクの最大値に余裕がなくなるほど、内燃機関の回転速度の落ち込み量であって且つ補機がクランク軸に与える補機負荷トルクを減少させることなく目標速度へと復帰可能な落ち込み量が小さくなる。この点、上記装置では、所定の速度を３値以上の値に可変設定可能なため、軸トルクの最大値の余裕度に応じて、所定の速度を極力低速度に設定することができる。このため、所定の補機がクランク軸に与える補機負荷トルクを極力減少させないようにすることができる。

第１の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかるアイドル運転時の処理を示すブロック図。 同実施形態にかかる閾値設定部の処理手順を示す流れ図。 （ａ）は、負荷トルクの推移を示し、（ｂ）は、回転速度の推移を示し、（ｃ）は、コンプレッサの状態の推移を示すタイムチャート。 （ａ）は、負荷トルクの推移を示し、（ｂ）は、回転速度の推移を示すタイムチャート。

＜第１の実施形態＞
以下、内燃機関の回転速度制御装置の第１の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。

図１に示す内燃機関１０は、低排気量（たとえば、「１５００ｃｃ」以下）のものである。内燃機関１０の吸気通路１２には、その流路面積を調整するスロットルバルブ１４が設けられている。また、吸気通路１２のうちスロットルバルブ１４の下流には、燃料噴射弁１６が設けられている。吸気通路１２に吸入された空気と燃料噴射弁１６によって噴射された燃料との混合気は、吸気バルブ１８の開弁に伴って、燃焼室２０に吸入される。燃焼室２０には、点火プラグ２２が設けられている。そして、燃焼室２０に吸入された混合気は点火プラグ２２の点火操作によって燃焼し、燃焼エネルギはピストン２６を介してクランク軸２８の回転エネルギに変換される。燃焼室２０にて燃焼に供された混合気は、排気バルブ３０の開弁に伴って、排気として排気通路３２に排出される。排気通路３２には、排気を浄化するための触媒３４が設けられている。

なお、吸気バルブ１８の開弁タイミングは、吸気側バルブタイミング可変機構３６によって可変設定可能となっている。また、排気バルブ３０の開弁タイミングは、排気側バルブタイミング可変機構３８によって可変設定可能となっている。

内燃機関１０のクランク軸２８は、トランスミッション２９を介して駆動輪に機械的に連結される。また、クランク軸２８は、コンプレッサ４２に機械的に連結されている。コンプレッサ４２は、空調装置４０に内蔵され、空調用の冷媒を圧縮する。本実施形態では、コンプレッサ４２として、可変容量型の圧縮機を想定している。すなわち、コンプレッサ４２は、圧縮対象とされる冷媒が充填されるクランク室と、クランク室を拡大縮小させるピストンと、ピストンストロークを可変する装置とを備えている。ここで、ピストンストロークがゼロとなり、コンプレッサ４２が冷媒を加圧する動作をしなくなる状態が、コンプレッサ４２の停止状態である。一方、ピストンストロークがゼロよりも大きく、コンプレッサ４２が冷媒を加圧する動作をしている状態が、コンプレッサ４２の駆動状態である。

ＥＣＵ４４は、空調装置４０を制御対象とする電子制御装置である。特に、ＥＣＵ４４は、コンプレッサ４２のピストンストロークを操作することで、容量を制御する。ただし、本実施形態では、ＥＣＵ４４は、後述するアイドル運転時にコンプレッサ４２を駆動する場合、ピストンストロークを固定値とし、容量の可変制御を行わない。

上記クランク軸２８には、さらに、発電ユニット５０に内蔵されるオルタネータ５２の回転軸が機械的に連結されている。オルタネータ５２の出力電圧は、バッテリ６０に印加される。バッテリ６０は、ＥＣＵ４４等の車載電子制御装置や、スロットルバルブ１４、点火プラグ２２等の電子制御式のアクチュエータに電力を供給する蓄電手段である。特に、バッテリ６０は、ブレーキ負圧を生成する電動式のバキュームポンプ６２に電力を供給する。これは、本実施形態における車両として、吸気通路１２の吸気負圧をブレーキ負圧の確保のために利用しないものを想定していることに対応している。

ＥＣＵ７０は、内燃機関１０を制御対象とする電子制御装置である。ＥＣＵ７０は、クランク角センサ８０の検出値に基づくクランク軸２８の回転速度ＮＥや、外気温センサ８２によって検出される外気の温度（外気温ＴＨＯ）、気圧センサ８４によって検出される外気圧ＰＯを取り込む。また、ＥＣＵ７０は、水温センサ８６によって検出される内燃機関１０の冷却水の温度（冷却水温ＴＨＷ）や、油温センサ８８によって検出される内燃機関１０の潤滑油の温度（油温ＴＨＡ）、冷媒圧センサ９０によって検出される冷媒の圧力（冷媒圧ＰＣ）を取り込む。そして、これら各値に基づき、スロットルバルブ１４や、点火プラグ２２、吸気側バルブタイミング可変機構３６、排気側バルブタイミング可変機構３８等、各種アクチュエータを操作する。

ＥＣＵ７０は、特に、内燃機関１０の軸トルクを駆動輪に付与することが要求されないときにおいて、エンジンストールに陥らない範囲で内燃機関１０の出力を極力抑制するようにしてクランク軸２８の回転速度を目標速度に制御するアイドル運転を行う。以下、これについて図２に基づき説明する。

図２は、ＥＣＵ７０によって実現される処理のうち、特に、アイドル運転に関する処理を示す機能ブロック図である。
目標速度設定部Ｍ１０は、アイドル運転時におけるクランク軸２８の回転速度ＮＥの目標値（目標速度ＮＥ＊）を設定する。ここで、目標速度ＮＥ＊は、ＥＣＵ４４から出力される信号を入力とし、コンプレッサ４２が駆動状態であるか、停止状態であるかに応じて、可変設定される。詳しくは、コンプレッサ４２が駆動状態である場合には停止状態である場合と比較して、目標速度ＮＥ＊が高い値に設定される。

開ループ操作量算出部Ｍ１２は、目標速度ＮＥ＊を入力とし、クランク軸２８の回転速度ＮＥを目標速度ＮＥ＊に制御するための開ループ操作量を算出する。開ループ操作量は、トルクの次元「Ｎｍ」を有する物理量である。開ループ操作量は、ピストン２６とシリンダ内壁面との摩擦力や、吸気バルブ１８や排気バルブ３０の駆動に際した摩擦力等、各種摩擦力に相当する摩擦負荷トルクを無視して算出される。また、開ループ操作量は、コンプレッサ４２やオルタネータ５２等の補機がクランク軸２８に与える補機負荷トルクを無視した場合に目標速度ＮＥ＊に制御するために要求される値に設定される。開ループ操作量は、目標速度ＮＥ＊とする際のポンピングロス等を考慮して算出されることが望ましい。

閉ループ操作量算出部Ｍ１４は、回転速度ＮＥを目標速度ＮＥ＊にフィードバック制御するための操作量（閉ループ操作量）を算出する。閉ループ操作量も、トルクの次元を有する物理量である。

加算部Ｍ１６は、開ループ操作量と閉ループ操作量とを加算し、これをトルクベース値Ｔｒｑｂ＊として出力する。
補機トルク算出部Ｍ１８は、コンプレッサ４２やオルタネータ５２等の補機がクランク軸２８に与える合計の補機負荷トルクを算出する。この補機負荷トルクは、内燃機関１０の軸トルクを消費する負荷を示す物理量である。ただし、本実施形態では、補機負荷トルクを絶対値で算出する。ここで、コンプレッサ４２がクランク軸２８に与える補機負荷トルクは、目標速度ＮＥ＊と冷媒圧ＰＣとに応じて算出される。また、オルタネータ５２がクランク軸２８に与える補機負荷トルクは、目標速度ＮＥ＊と、オルタネータ５２に対する要求発電電流とに基づき算出される。ここで、要求発電電流は、発電ユニット５０から取得すればよい。なお、クランク軸２８に回転を妨げる補機負荷トルクを加える補機として、内燃機関１０の冷却水を循環させるウォータポンプや、内燃機関１０の潤滑油を循環させるオイルポンプがある場合、それらの補機負荷トルクについても算出し、補機トルク算出部Ｍ１８の出力値に加えることが望ましい。これらの補機負荷トルクは、目標速度ＮＥ＊等に基づき算出することができる。

フリクション算出部Ｍ２０は、冷却水温ＴＨＷおよび油温ＴＨＡを入力とし、上記摩擦力に応じた摩擦負荷トルクを算出する。換言すれば、図示トルクから軸トルクを減算した値のうち摩擦力に起因した量を算出する。摩擦負荷トルクは、冷却水温ＴＨＷや油温ＴＨＡが低いほど、大きい値となる。

加算部Ｍ２２は、補機トルク算出部Ｍ１８によって算出される補機負荷トルクと、フリクション算出部Ｍ２０が算出する摩擦負荷トルクとを加算し、これを負荷トルクＴｒｑＬとして出力する。

加算部Ｍ２４は、加算部Ｍ１６の出力するトルクベース値Ｔｒｑｂ＊と、加算部Ｍ２２の出力する負荷トルクＴｒｑＬとを加算することで、要求トルクＴｒｑ＊を算出する。要求トルクＴｒｑ＊は、内燃機関１０の回転速度ＮＥを目標速度ＮＥ＊とするうえで要求される図示トルクである。すなわち、開ループ操作量算出部Ｍ１２の出力値とフリクション算出部Ｍ２０の出力値との和が、補機がクランク軸２８に与える補機負荷トルクを無視した場合において目標速度ＮＥ＊に制御するうえでの図示トルクとなる。このため、これに補機トルク算出部Ｍ１８の出力値を加えたものは、補機がクランク軸２８に与える補機負荷トルクを考慮した内燃機関１０の図示トルクとなる。

操作量算出部Ｍ２６は、要求トルクＴｒｑ＊に基づき、内燃機関１０のスロットルバルブ１４の開口度と、点火時期とを算出し、これらに応じて開口度および点火時期を操作する。詳しくは、内燃機関１０の図示トルクを要求トルクＴｒｑ＊とするために、スロットルバルブ１４の開口度と、点火時期とを操作する。ここで、本実施形態では、回転速度ＮＥを目標速度ＮＥ＊に制御するときには、目標空燃比を理論空燃比として実際の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する。このため、目標空燃比は固定値であって操作対象とならないため、図示トルクを要求トルクＴｒｑ＊とするための操作量とはならない。また、本実施形態では、回転速度ＮＥを目標速度ＮＥ＊に制御するときには、吸気バルブ１８の開弁タイミングと排気バルブ３０の開弁タイミングとを固定値とする。このため、バルブタイミングも、図示トルクを要求トルクＴｒｑ＊とするための操作量とはならない。

上述したように、本実施形態では、目標速度ＮＥ＊への制御に、負荷トルクＴｒｑＬに基づくフィードフォワード制御を採用している。このため、回転速度ＮＥの目標速度ＮＥ＊へのフィードバック制御のみによって目標速度ＮＥ＊に制御する場合と比較して、アイドル運転時の内燃機関１０の出力をより小さい値にすることができる。これは、上記フィードバック制御のみを行う場合には、負荷変動に対する過渡的な現象としてのオーバーシュートやアンダーシュートが大きくなることから、これらオーバーシュートやアンダーシュートによってエンジンストールが起きないように、アイドル運転時の内燃機関１０の出力をある程度大きくする必要があるためである。

また、本実施形態では、吸気通路１２内の負圧がブレーキ負圧として利用されないため、アイドル運転時において吸気通路１２内を負圧とする要求が生じない。吸気通路１２内の負圧がブレーキ負圧として利用される場合、合計の補機負荷トルクの最大値が、吸気通路１２内の負圧がブレーキ負圧として利用可能なレベルにスロットルバルブ１４の開口度を絞ったときの内燃機関１０の軸トルクの値に設定される。これに対し、本実施形態では、合計の補機負荷トルクの最大値を、スロットルバルブ１４の開口度を最大としたときの軸トルク程度とすることが可能となる。ただし、この場合、内燃機関１０の軸トルクとして実現可能な最大値に余裕がなくなり得る設定となるため、内燃機関１０の劣化によるフリクションの増大や想定外の外乱等に起因して、クランク軸２８の回転を停止させようとする負荷トルクよりも内燃機関１０の軸トルクが小さくなるなどして、エンジンストールが生じることが懸念される。

そこで本実施形態では、上記のように余裕がなくなり得る設定をしつつも、エンジンストールを回避するために、内燃機関１０の回転速度ＮＥが所定の速度ＮＥｔｈ以下に低下することでコンプレッサ４２を停止させるようにして且つ、内燃機関１０で実現可能な軸トルクの最大値に余裕がない場合に、所定の速度ＮＥｔｈを上昇させる。次にこれについて詳述する。

最大発生トルク算出部Ｍ２８は、目標速度ＮＥ＊への制御の実行による内燃機関１０のトルクの最大値（最大トルクＴｒｑＭＡＸ）を算出する。ここで、トルクは、図示トルクから内燃機関１０のポンピングロス相当を引いた値とする。

上述したように、目標速度ＮＥ＊への制御の実行時には、バルブタイミングや目標空燃比は固定される。このため、最大トルクＴｒｑＭＡＸは、バルブタイミングおよび目標空燃比を所与として算出される。詳しくは、最大トルクＴｒｑＭＡＸは、点火時期を最適値として算出される。ここで最適値とは、トルクの発生効率が最大となる点火時期であるＭＢＴ（Minimum advance for Best Torque）と、ノッキングの発生を回避可能な点火時期の進角限界であるトレースノック点火時期との２つの点火時期のうち遅角側の時期である。また、最大トルクＴｒｑＭＡＸは、スロットルバルブ１４の開口度を最大値として算出される。ただし、スロットルバルブ１４の開口度を最大値とし、目標速度ＮＥ＊を所与としたところで、充填効率は一義的には定まらない。このため、本実施形態では、スロットルバルブ１４の開口度を最大値とした際の充填効率を高精度に把握すべく、目標速度ＮＥ＊に加えて、外気温ＴＨＯと外気圧ＰＯとを用いる。すなわち、目標速度ＮＥ＊に加えて、外気温ＴＨＯと外気圧ＰＯとに基づき、最大トルクＴｒｑＭＡＸを算出する。

閾値設定部Ｍ３０は、最大トルクＴｒｑＭＡＸと、負荷トルクＴｒｑＬとに基づき、コンプレッサ４２を停止させる閾値となる上記所定の速度ＮＥｔｈを設定する。以下、これについて図３に基づき説明する。

図３は、閾値設定部Ｍ３０によって実行される処理である。この処理は、アイドル運転時においてたとえば所定周期で繰り返し実行される。
この一連の処理において、閾値設定部Ｍ３０は、まず最大トルクＴｒｑＭＡＸを取得する（Ｓ１０）。次に、閾値設定部Ｍ３０は、負荷トルクＴｒｑＬを取得する（Ｓ１２）。そして、閾値設定部Ｍ３０は、最大トルクＴｒｑＭＡＸから負荷トルクＴｒｑＬを減算した値が、所定値ΔＴｒｑ以下であるか否かを判断する（Ｓ１４）。この処理は、補機がクランク軸２８に与える補機負荷トルクに対して内燃機関１０で実現可能な軸トルクの最大値に余裕がなくなることでエンジンストールが生じやすい状況にあるか否かを判断するためのものである。すなわち、最大トルクＴｒｑＭＡＸは、図示トルクからポンピングロス相当の負荷トルクを減算した値である。このため、最大トルクＴｒｑＭＡＸからフリクション算出部Ｍ２０の出力値を減算した値は、内燃機関１０で実現可能な軸トルクの最大値である。このため、最大トルクＴｒｑＭＡＸから負荷トルクＴｒｑＬを減算した値は、内燃機関１０で実現可能な軸トルクの最大値から補機がクランク軸２８に与える補機負荷トルクを減算した値となる。換言すれば、最大トルクＴｒｑＭＡＸから負荷トルクＴｒｑＬを減算した値は、補機がクランク軸２８に与える補機負荷トルクを内燃機関１０で実現可能な軸トルクの最大値が上回るトルク差分となる。

上記所定値ΔＴｒｑは、ゼロ以上の値であることが望ましい。特に、所定値ΔＴｒｑは、外乱等によって回転速度ＮＥが低下した際にこれを目標速度ＮＥ＊に復帰させるのに必要なトルクの余裕代を確保する観点などから、ゼロよりも大きい値に設定することが望ましい。さらに、所定値ΔＴｒｑは、最大トルクＴｒｑＭＡＸと負荷トルクＴｒｑＬとの算出精度が低いほど大きな値に設定されることが望ましい。

閾値設定部Ｍ３０は、所定値ΔＴｒｑよりも大きいと判断する場合（Ｓ１４：ＮＯ）、所定の速度ＮＥｔｈを基準値Ｂに設定する。基準値Ｂは、内燃機関１０で実現可能な軸トルクの最大値に余裕があるときに、内燃機関１０の回転速度ＮＥが低下する場合に、コンプレッサ４２を停止させなくても回転速度ＮＥを目標速度ＮＥ＊に復帰させることができる値の下限値に基づき設定されている。

これに対し、閾値設定部Ｍ３０は、所定値ΔＴｒｑ以下であると判断する場合（ＳＳ１４：ＹＥＳ）、所定の速度ＮＥｔｈを耐ストール値Ａに設定する（Ｓ１６）。ここで、耐ストール値Ａは、内燃機関１０で実現可能な軸トルクの最大値に余裕がないときに、内燃機関１０の回転速度ＮＥが低下する場合に、コンプレッサ４２を停止させなくても回転速度ＮＥを目標速度ＮＥ＊に復帰させることができる値の下限値に基づき設定されている。ここで、内燃機関１０で実現可能な軸トルクの最大値に余裕がない場合には、回転速度ＮＥが低下すると、これを上昇させることが困難となる。このため、耐ストール値Ａは、基準値Ｂよりも高い値に設定する。

なお、閾値設定部Ｍ３０は、ステップＳ１６，Ｓ１８の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。
ここで、上記処理の作用について図４を用いて説明する。

図４（ａ）は、最大トルクＴｒｑＭＡＸや負荷トルクＴｒｑＬの推移を示し、図４（ｂ）は、回転速度ＮＥおよび所定の速度ＮＥｔｈの推移を示し、図４（ｃ）は、コンプレッサ４２の駆動、停止の推移を示す。

図示されるように、時刻ｔ１より前においては、最大トルクＴｒｑＭＡＸから負荷トルクＴｒｑＬを減算した値が、所定値ΔＴｒｑより大きいため、所定の速度ＮＥｔｈは、基準値Ｂとされる。そして、時刻ｔ１において、最大トルクＴｒｑＭＡＸから負荷トルクＴｒｑＬを減算した値が所定値ΔＴｒｑ以下となると、所定の速度ＮＥｔｈが耐ストール値Ａに上昇する。その後、負荷トルクＴｒｑＬが最大トルクＴｒｑＭＡＸを上回っても、回転速度ＮＥが所定の速度ＮＥｔｈを上回っている間は、コンプレッサ４２が駆動状態とされる。その後、時刻ｔ２に、回転速度ＮＥが所定の速度ＮＥｔｈ以下となることで、ＥＣＵ７０からの指令に基づきＥＣＵ４４によってコンプレッサ４２が停止状態とされる。これにより、クランク軸２８に外部から加わる負荷トルクが、コンプレッサ４２がクランク軸２８に与える補機負荷トルク分だけ減少する。このため、補機がクランク軸２８に与える補機負荷トルクに対して軸トルクの最大値が余裕を持ったものとなるため、内燃機関１０の軸トルクを回転速度ＮＥを上昇させるのに十分な値とすることができる。これにより、回転速度ＮＥが目標速度ＮＥ＊に復帰する。なお、この際、目標速度ＮＥ＊は、コンプレッサ４２の駆動時のもののままとする。また、コンプレッサ４２を停止させると、回転速度ＮＥが所定の速度ＮＥｔｈを上回っても、所定の長さを有する期間にわたってコンプレッサ４２の停止状態を維持する。

ここで、負荷トルクＴｒｑＬが最大トルクＴｒｑＭＡＸを上回っても内燃機関１０の回転速度ＮＥが低下しない期間があるのは、最大トルクＴｒｑＭＡＸや負荷トルクＴｒｑＬに誤差があるためである。最大トルクＴｒｑＭＡＸから負荷トルクＴｒｑＬを減算した値がゼロ以下となることで、コンプレッサ４２を停止状態とする場合、上記誤差に起因して不必要にコンプレッサ４２が停止されることとなる。これに対し、本実施形態では、実際の回転速度ＮＥの落ち込みに基づきコンプレッサ４２を停止状態とするため、エンジンストールを抑制しつつも、コンプレッサ４２を駆動状態に極力維持することができる。

なお、最大トルクＴｒｑＭＡＸから負荷トルクＴｒｑＬを減算した値が所定値ΔＴｒｑ程度となっているときに、アクセル操作によってアイドル運転が解消される場合、コンプレッサ４２が停止される。これは、内燃機関１０の軸トルクの増大要求時にトルク不足が生じる場合にコンプレッサ４２を停止させる周知のロジックを用いて実現される。

以上説明した本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）最大トルクＴｒｑＭＡＸから負荷トルクＴｒｑＬを減算した値が所定値ΔＴｒｑ以下となることで、所定の速度ＮＥｔｈを上昇させた。これにより、エンジンストールに陥る事態を好適に抑制することができる。特に、所定値ΔＴｒｑ以下となることで、所定の速度ＮＥｔｈを耐ストール値Ａに上昇させることで、所定の速度ＮＥｔｈを耐ストール値Ａに常時設定する場合と比較して、エンジンストールに陥る事態を抑制しつつも、コンプレッサ４２が停止される事態を抑制することができる。

（２）回転速度ＮＥが所定の速度ＮＥｔｈ以下となることで、コンプレッサ４２を停止状態とした。ここで、コンプレッサ４２がクランク軸２８に与える補機負荷トルクは比較的大きいため、コンプレッサ４２を停止状態とすることで、内燃機関１０で実現可能な軸トルクの最大値に余裕が生じる。このため、回転速度ＮＥを目標速度ＮＥ＊に復帰させることができる。

（３）補機負荷トルクの減少対象を、車両の走行に関わる機能に影響しないコンプレッサ４２とした。これにより、回転速度ＮＥを目標速度ＮＥ＊に復帰させるための制御によって走行に関わる機能が低下する事態を好適に抑制することができる。

（４）最大トルクＴｒｑＭＡＸを、外気温ＴＨＯおよび外気圧ＰＯに基づき可変設定した。これにより、実現可能な軸トルクの最大値に余裕があるときに最大トルクＴｒｑＭＡＸから負荷トルクＴｒｑＬを減算した値が所定値ΔＴｒｑ以下と判断される事態を抑制することができる。このため、エンジンストールに陥る事態を抑制しつつも、コンプレッサ４２が停止される事態を抑制することができる。

なお、上記各実施形態において、コンプレッサ４２が所定の補機に対応し、ＥＣＵ４４，７０による図４の時刻ｔ２の処理を行う部分が、減少処理部に対応し、ステップＳ１０の処理が最大トルク取得処理部に対応し、ステップＳ１２の処理が、負荷トルク取得処理部に対応する。また、基準値Ｂが第１の値に対応し、耐ストール値Ａが第２の値に対応する。

＜第２の実施形態＞
以下、内燃機関の回転速度制御装置の第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

上記第１の実施形態では、所定の速度ＮＥｔｈを、基準値Ｂと耐ストール値Ａとのいずれかに設定した。これに対し、本実施形態では、最大トルクＴｒｑＭＡＸから負荷トルクＴｒｑＬを減算した値に応じて、所定の速度ＮＥｔｈを連続的に変更する。詳しくは、最大トルクＴｒｑＭＡＸから負荷トルクＴｒｑＬを減算した値が小さいほど、所定の速度ＮＥｔｈを連続的に高い値に設定する。

図５（ａ）は、最大トルクＴｒｑＭＡＸと負荷トルクＴｒｑＬとの推移を示し、図５（ｂ）は、回転速度ＮＥおよび所定の速度ＮＥｔｈの推移を示す。図示されるように、本実施形態では、最大トルクＴｒｑＭＡＸから負荷トルクＴｒｑＬを減算した値が漸減することで、所定の速度ＮＥｔｈを漸増させる。すなわち、最大トルクＴｒｑＭＡＸから負荷トルクＴｒｑＬを減算した値として図５に示される値の最大値および最小値以外の値を所定値とすると、同所定値以下である場合と比較して所定値よりも大きい場合に、所定の速度ＮＥｔｈが高い値に設定される。

ここで、回転速度ＮＥが何らかの要因で落ち込んだ際の落ち込み量であって、コンプレッサ４２を停止させずに回転速度ＮＥを目標速度ＮＥ＊に復帰可能な落ち込み量は、最大トルクＴｒｑＭＡＸに余裕がなくなるほど小さくなると考えられる。このため、所定の速度ＮＥｔｈを上記態様で漸増させることで、所定の速度ＮＥｔｈを極力低速度に設定することができる。このため、コンプレッサ４２を極力停止させないようにすることができる。

＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・「最大トルクについて」
上記実施形態では、外気温ＴＨＯや外気圧ＰＯに基づき最大トルクＴｒｑＭＡＸを算出したが、都度検出される外気温ＴＨＯや外気圧ＰＯに応じて最大トルクＴｒｑＭＡＸを算出せずに、外気温や外気圧が予め定められた固定値であるとして最大トルクＴｒｑＭＡＸを算出してもよい。

最大トルクＴｒｑＭＡＸとしては、図示トルクからポンピングロス相当の負荷トルクを減算したものに限らない。たとえば軸トルクであってもよい。この場合であっても、負荷トルクＴｒｑＬを、補機トルク算出部Ｍ１８によって算出される補機負荷トルクとし、フリクション算出部Ｍ２０によって算出される摩擦負荷トルクを含めないようにするなら、ステップＳ１４の処理と数学的に同等な処理を実現することができる。もっともこれに限らない。たとえば、図示トルク自体を最大トルクＴｒｑＭＡＸとし、負荷トルクＴｒｑＬについては上記実施形態と同一としてもよい。この場合、ポンピングロス相当の負荷トルクが考慮されないこととなるが、所定値ΔＴｒｑを適宜設定することで、所定の速度ＮＥｔｈを上昇させるタイミングが遅れる事態を抑制することができる。

・「補機トルク算出部について」
上記実施形態では、オルタネータ５２がクランク軸２８に与える補機負荷トルクを、目標速度ＮＥ＊と要求発電電流とに基づき算出したが、これに限らない。たとえば、目標速度ＮＥ＊と発電電流の検出値とに基づき算出してもよく、またたとえば、回転速度ＮＥと発電電流の検出値とに基づき算出してもよい。さらに、オルタネータ５２に限らず、各補機がクランク軸２８に与える補機負荷トルクの算出値は、現在補機がクランク軸２８に与えている補機負荷トルクであってもよいし、制御によってこれから補機がクランク軸２８に与える補機負荷トルクであってもよく、さらに、それらの中間値等であってもよい。

・「負荷トルクについて」
上記各実施形態では、負荷トルクＴｒｑＬの算出において、クランク軸２８にトランスミッション２９がクランク軸２８に与える負荷トルクを考慮しなかったが、たとえばトランスミッション２９がトルクコンバータを備えるものである場合等においては、これを考慮することが望ましい。この場合、トルクコンバータ内の流体の温度等に応じてトランスミッション２９がクランク軸２８に与える負荷トルクを算出してもよい。もっとも、負荷トルクＴｒｑＬの算出において、トランスミッション２９がクランク軸２８に与える負荷トルク等を無視する代わりに、所定値ΔＴｒｑの設定においてこれを考慮することも可能である。すなわち、所定値ΔＴｒｑをゼロよりも大きい値に設定し、この値を、負荷トルクＴｒｑＬからトランスミッション２９がクランク軸２８に与える負荷トルク等を無視することを考慮して設定してもよい。

・「設定処理部について」
上記第１の実施形態において、たとえば、「ＴｒｑＬ／ＴｒｑＭＡＸ」が規定比率α以上である場合に所定の速度ＮＥｔｈを耐ストール値Ａに設定してもよい。ここで、「−（α−１）・ＴｒｑＭＡＸ＝ΔＴｒｑ」とするなら、この処理は、図３のステップＳ１４の処理と数学的に等価となる。

上記第２の実施形態では、最大トルクＴｒｑＭＡＸから負荷トルクＴｒｑＬを引いた値が小さいほど、所定の速度ＮＥｔｈを連続的に高い値に設定したがこれに限らない。たとえば、最大トルクＴｒｑＭＡＸから負荷トルクＴｒｑＬを引いた値が小さいほど、所定の速度ＮＥｔｈを２段階以上で段階的に高い値に設定するものであってもよい。

・「減少処理部について」
上記実施形態では、回転速度ＮＥが所定の速度ＮＥｔｈ以下となることで、コンプレッサ４２を停止状態としたがこれに限らない。たとえばコンプレッサ４２がクランク軸２８に与える補機負荷トルクをゼロよりも大きい値で減少させてもよい。これは、たとえば、コンプレッサ４２のピストンストロークを、回転速度ＮＥが所定の速度ＮＥｔｈよりも大きいときと比較して所定の速度ＮＥｔｈ以下となるときに小さい値に変更することで実現することができる。

・「トルクの減少対象となる所定の補機について」
コンプレッサ４２に限らない。たとえば、バッテリ６０の充電要求の度合いが比較的低い場合、オルタネータ５２の出力電力を減少させることで、オルタネータ５２がクランク軸２８に与える補機負荷トルクを減少させてもよい。ここで充電要求の度合いは、たとえば、ナビゲーションシステムからの出力信号を利用するなどして、車両の走行経路における規定距離以内の地点に下り坂がある場合に低いと判断すればよい。

・「負荷トルクＴｒｑＬが大きくなることへの対処について」
所定の速度ＮＥｔｈを上昇させる処理のみに限らない。たとえば、ＥＣＵ７０が図３のステップＳ１４において肯定判断する場合、ステップＳ１６の処理に加えて、目標空燃比を出力がより大きくなる空燃比に変更したり、吸気バルブ１８や排気バルブ３０のバルブタイミングをトルクがより大きくなるタイミングに変更したりする処理（変更処理）を行ってもよい。換言すれば、アイドル制御処理部の制御による最大トルクＴｒｑＭＡＸから負荷トルクＴｒｑＬを減算したものが小さくなることで、所定の速度ＮＥｔｈを上昇させる処理に加えて上記変更処理を実行してもよい。この際、回転速度ＮＥを目標速度ＮＥ＊に維持するために、点火時期を遅角操作するなら、点火時期を進角させることで実現可能な最大トルクと現在のトルクとの差分（リザーブトルク）を大きくすることができ、ひいては、回転速度ＮＥが所定の速度ＮＥｔｈ以下となることを抑制することができる。

・「目標速度について」
上記各実施形態では、コンプレッサ４２の駆動時と停止時とで目標速度ＮＥ＊を変更したが、これに限らない。たとえば、コンプレッサ４２の駆動時と停止時とで、目標速度ＮＥ＊を共通の値としてもよい。またたとえば、目標速度ＮＥ＊を２通りの値として且つ、その切替条件を、コンプレッサ４２の駆動の有無とは別の条件としてもよい。さらに、目標速度ＮＥ＊を３値以上の値に変更可能としてもよい。

・「アイドル制御処理部について」
要求トルクＴｒｑ＊を軸トルクとし、これに応じてアクチュエータを操作するものであってもよい。この場合であっても、たとえば操作量算出部Ｍ２６が要求トルクＴｒｑ＊に基づき、実際の軸トルクが要求トルクＴｒｑ＊となるようにアクチュエータを操作するなら、上記実施形態と同等の制御がなされることとなる。これは、たとえば、操作量算出部Ｍ２６が、要求トルクＴｒｑ＊に加えて、冷却水温ＴＨＷや油温ＴＨＡに基づきアクチュエータを操作することで実現することができる。

上記各実施形態では、バルブタイミング等、バルブ特性についてはアイドル運転時に設定された単一の特性としたが、これに限らない。たとえば、要求トルクＴｒｑ＊が大きくなった場合には、アイドル運転時にバルブタイミングを変更する制御を採用してもよい。この場合、利用可能なバルブタイミングを様々に設定した際の内燃機関１０のトルクの最大値を最大トルクＴｒｑＭＡＸとすればよい。

上記各実施形態では、アイドル運転時には、目標空燃比を理論空燃比に固定することとしたが、これに限らない。たとえば、要求トルクＴｒｑ＊が大きくなった場合には、アイドル運転時に目標空燃比を理論空燃比とは相違する空燃比（トルクが最大となる出力空燃比等）に変更する制御を採用してもよい。この場合、目標空燃比を様々に設定した際の内燃機関１０のトルクの最大値を最大トルクＴｒｑＭＡＸとすればよい。

閉ループ操作量算出部Ｍ１４を備えることなく、開ループ操作量算出部Ｍ１２のみからトルクベース値Ｔｒｑｂ＊を算出するものであってもよい。またたとえば、開ループ操作量算出部Ｍ１２を備えることなく、閉ループ操作量算出部Ｍ１４のみからトルクベース値Ｔｒｑｂ＊を算出するものであってもよい。

なお、要求トルクＴｒｑ＊に基づき内燃機関１０のアクチュエータを操作するものに限らない。たとえば、閉ループ操作量算出部Ｍ１４の出力する操作量が内燃機関１０のアクチュエータの操作量となるものであってもよい。この場合、閉ループ制御によるオーバーシュートやアンダーシュートが生じる場合であってもエンジンストールに陥らないようにアイドル運転時の最大出力が設計される傾向がある。しかし、この際の最大出力のマージンを小さくする場合、目標速度ＮＥ＊への制御時において内燃機関１０で実現可能な軸トルクの最大値が、補機によってクランク軸２８に与えられる補機負荷トルクに対して余裕がなくなる可能性があり、この場合、上記実施形態の要領で所定の速度ＮＥｔｈを変更することが有効である。

・「そのほか」
内燃機関としては、ポート噴射式の火花点火式内燃機関に限らない。たとえば、筒内噴射式の火花点火式内燃機関であってもよい。さらに、火花点火式内燃機関にも限らず、たとえばディーゼル機関等、圧縮着火式内燃機関であってもよい。この場合、目標速度ＮＥ＊に制御するための操作量を、噴射量および噴射時期とすればよい。また、内燃機関としては過給機を搭載したものであってもよい。この場合、アイドル運転時に実現可能な軸トルクの最大値に余裕がなくなりやすいため、上記実施形態の要領で所定の速度ＮＥｔｈを可変とする処理の利用価値が特に高い。

コンプレッサ４２としては、可変容量式のものに限らない。容量を可変制御できないものであっても、コンプレッサ４２の回転軸とクランク軸２８との間を機械的に締結、および遮断するクラッチを備えるなら、回転速度ＮＥが所定の速度ＮＥｔｈ以上となることで、コンプレッサ４２の負荷をゼロとすることができるため、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

Ｍ１０…目標速度設定部、Ｍ１２…開ループ操作量算出部、Ｍ１４…閉ループ操作量算出部、Ｍ１６…加算部、Ｍ１８…補機トルク算出部、Ｍ２０…フリクション算出部、Ｍ２２，Ｍ２４…加算部、Ｍ２６…操作量算出部、Ｍ２８…最大発生トルク算出部、Ｍ３０…閾値設定部、ＮＥ＊…目標速度、ＴＨＡ…油温、ＴＨＷ…冷却水温、ＴＨＯ…外気温、ΔＴｒｑ…所定値、ＮＥｔｈ…所定の速度、Ｔｒｑ＊…要求トルク、ＴｒｑＬ…負荷トルク、Ｔｒｑｂ＊…トルクベース値、ＴｒｑＭＡＸ…最大トルク、１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…スロットルバルブ、１６…燃料噴射弁、１８…吸気バルブ、２０…燃焼室、２２…点火プラグ、２６…ピストン、２８…クランク軸、２９…トランスミッション、３０…排気バルブ、３２…排気通路、３４…触媒、３６…吸気側バルブタイミング可変機構、３８…排気側バルブタイミング可変機構、４０…空調装置、４２…コンプレッサ、４４…ＥＣＵ、５０…発電ユニット、５２…オルタネータ、６０…バッテリ、６２…バキュームポンプ、７０…ＥＣＵ、８０…クランク角センサ、８２…外気温センサ、８４…気圧センサ、８６…水温センサ、８８…油温センサ、９０…冷媒圧センサ。

Claims (5)

1. 内燃機関の動力によって走行する車両に適用され、
   前記内燃機関のクランク軸の回転速度をアイドル運転時の目標速度に制御するアイドル制御処理部と、
   前記アイドル制御処理部による制御がなされているとき、前記内燃機関の回転速度が所定の速度以下となることを条件として、前記車両に搭載される補機のうちの所定の補機が前記内燃機関のクランク軸に与える補機負荷トルクを減少させる減少処理部と、
   前記アイドル制御処理部による制御時において前記内燃機関が発生可能な最大トルクを取得する最大トルク取得処理部と、
   前記搭載される補機が前記クランク軸に与える補機負荷トルクを含む負荷トルクを取得する負荷トルク取得処理部と、
   前記最大トルク取得処理部が取得する最大トルクと前記負荷トルク取得処理部が取得する負荷トルクとに基づき、前記アイドル制御処理部による制御がなされているとき、前記搭載される補機が前記クランク軸に与える補機負荷トルクを前記内燃機関で実現可能な軸トルクの最大値が上回るトルク差分が所定値以下である場合、該所定値よりも大きい場合と比較して、前記所定の速度を高く設定する設定処理部と、を備える内燃機関の回転速度制御装置。
2. 前記最大トルク取得処理部によって取得される最大トルクは、外気の温度および外気の圧力の少なくとも一方に応じて可変設定される請求項１記載の内燃機関の回転速度制御装置。
3. 前記所定の補機は、前記車両に搭載される空調装置のコンプレッサである請求項１または２記載の内燃機関の回転速度制御装置。
4. 前記設定処理部は、前記トルク差分が前記所定値よりも大きい場合、前記所定の速度を第１の値に設定し、前記トルク差分が前記所定値以下である場合、前記所定の速度を前記第１の値よりも高い第２の値に設定する請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の回転速度制御装置。
5. 前記設定処理部は、前記トルク差分が小さいほど、前記所定の速度を２段階以上で段階的に、または連続的に、高い値に設定する請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の回転速度制御装置。