JP6388257B2 - エンジンシステム - Google Patents

Description

本発明は、エンジンシステムに係り、特に、空調の暖房要求により要求熱量が必要とされる場合にエンジンにおいて空気量及び燃料量の増量に応じた点火リタードを行う制御機能を有しているエンジンの制御装置を備えたエンジンシステムに関する。

従来から、空調の暖房要求時にエンジンに供給する空気量及び燃料量を増量させ、エンジンにおいて発生する熱量を増大させ、エンジン水温の上昇を高めるエンジンの制御装置が知られている。

また、特許文献１に示すように、空調の暖房要求時にエンジンに供給する空気量及び燃料量を増量させ、エンジンにおいて発生する熱量を増大させる場合において、エンジンの燃焼の進角をリタードさせ、点火時期を遅らせることで、燃焼時期を遅れさせ、排気バルブが開く直前まで燃焼させることにより排気温度を上昇させ、シリンダ等の温度を上昇させてエンジン水温の上昇を早めるエンジンの制御装置が知られている。

特開昭６０−１４５４５４号公報

このように、空調の暖房要求時にエンジンに供給する空気量及び燃料量を増量させ、エンジンにおいて発生する熱量を増大させる場合には、エンジンのトルク（出力）も増大されるため、このようなトルクの上昇をリタードにより低減させることができる。
しかしながら、エンジンのトルクの上昇をリタードにより低減させる場合には、エンジンで燃料が燃焼したにも関わらずトルクに寄与させない無駄な燃料の消費を生じることとなるという問題がある。よって、空調の暖房要求時に、リタードによる無駄な燃料消費を抑え、燃費を向上させるという課題が生じていた。

そこで、本発明は、上述した従来技術の問題を解決するためになされたものであり、空調の暖房要求による要求熱量が必要とされる場合にエンジンにおいて空気量及び燃料量を増量させ、このエンジンにおける空気量及び燃料量の増量に応じて点火リタードを行う制御を行う場合に、内気循環率補正機能部が、エンジンにおける空気量及び燃料量の増量を抑制し、点火リタード量を減少させることができ、点火リタード時の燃料の消費を抑えて燃費を向上させることができるエンジンシステムを提供することを目的としている。

上述した目的を達成するために、本発明は、空調の暖房要求による要求熱量が必要とされる場合にエンジンにおいて空気量及び燃料量の増量に応じた点火リタードを行う制御機能を有しているエンジンの制御装置を備えたエンジンシステムであって、上記エンジンの制御装置は、エンジン水温に応じて算定され且つエンジンの状態ごとに投入可能な熱量に対し投入する熱量の割合を減少させる第１係数と、空調の内気循環と外気循環との合計のうち内気循環の割合に基づく内気循環率に応じて投入する熱量の割合を減少させる第２係数と、を投入可能な熱量に乗じることにより、投入可能な熱量に対して投入する熱量を抑制し、空気量及び燃料量の増量に応じた点火リタード量の増量を抑制させる内気循環率補正機能部を有することを特徴としている。
このように構成された本発明においては、空調の暖房要求による要求熱量が必要とされる場合にエンジンにおいて空気量及び燃料量を増量させ、このエンジンにおける空気量及び燃料量の増量に応じて点火リタードを行う制御を行う場合に、内気循環率補正機能部が、エンジン水温に応じて算定され且つエンジンの状態ごとに投入可能な熱量に対し投入する熱量の割合を減少させる第１係数と、空調の内気循環と外気循環との合計のうち内気循環の割合に基づく内気循環率に応じて投入する熱量の割合を減少させる第２係数と、を投入可能な熱量に乗じることにより、投入可能な熱量に対して投入する熱量を抑制し、空気量及び燃料量の増量に応じた点火リタード量の増量を抑制させることができ、点火リタード時の燃料の消費を抑えて燃費を向上させることができる。

本発明において、好ましくは、エンジンシステムは、さらに、車室内湿度、車室内温度、窓ガラス温度に基づいて算定される窓ガラスが曇らないと想定される条件を満たしながら内気循環率を増加させる制御機能を有する空調制御装置を備え、エンジンの制御装置の内気循環率補正機能部は、上記空調制御装置から上記内気循環率の情報を受けて、空気量及び燃料量の増量に応じた点火リタード量の増量を抑制させる機能を備えていることを特徴とする。
このように構成された本発明においては、エンジンシステムの空調制御装置が、さらに、車室内湿度、車室内温度、窓ガラス温度に基づいて算定される窓ガラスが曇らないと想定される条件を満たしながら内気循環率を増加させることができ、エンジンの制御装置の内気循環率補正機能部が、この内気循環率が増加されるにつれて、空気量及び燃料量の増量に応じた点火リタード量の増量を抑制させることができるので、空調制御装置により窓ガラスが曇らないようにしながら、エンジンにおける空気量及び燃料量の増量に応じた点火リタード量の増量を抑制させることができ、点火リタード時の燃料の消費を抑えて燃費を向上させることができる。

本発明において、好ましくは、エンジンの制御装置の内気循環率補正機能部は、空調制御装置から内気循環率の情報を受けられない場合には、内気循環率を下限値まで下げた状態として、エンジンにおける空気量及び燃料量の増量を設定し且つ点火リタード量の設定を行わせる内気循環率仮設定機能を備えていることを特徴とする。
このように構成された本発明においては、内気循環率補正機能部の内気循環率仮設定機能部は、空調制御装置から内気循環率の情報を受けられない場合には、内気循環率を下限値まで下げた状態として、エンジンにおける空気量及び燃料量の増量を設定し且つ点火リタード量の設定を行わせることができ、内気循環率の情報が得られない場合であっても、空調の暖房要求による暖房要求熱量を供給するように、空気量及び燃料量を増量させ、このエンジンにおける空気量及び燃料量の増量に応じて点火リタードを行う制御を行うことができる。

本発明のエンジンシステムによれば、空調の暖房要求による要求熱量が必要とされる場合にエンジンにおいて空気量及び燃料量を増量させ、このエンジンにおける空気量及び燃料量の増量に応じて点火リタードを行う制御を行う場合に、エンジンにおける空気量及び燃料量の増量を抑制し且つ点火リタード量を減少させることができ、点火リタード時の燃料の消費を抑えて燃費を向上させることができる。

本発明の一実施形態によるエンジンシステムをエンジン及びエンジン冷却水経路を中心として示した構成の概略図である。 本発明の一実施形態によるエンジンシステムを空調システムを中心として示した構成の概略図である。 本発明の一実施形態によるエンジンシステムのエンジンの制御装置の内気循環率補正機能部が目標となる最終要求熱量を算定する処理の手順を示す図である。 本発明の一実施形態によるエンジンシステムのエンジンにおいて発生されるトルクと進角の関係を示す図である。 本発明の一実施形態によるエンジンシステムの空調システムにおいて車室内湿度、車室内温度、窓ガラス温度等に基づいて内気循環率を算定する処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態によるエンジンシステムの空調システムにおいて用いられる、車室内温度（雰囲気温度）と飽和蒸気圧との関係を例示した飽和蒸気圧マップである。 本発明の一実施形態によるエンジンシステムの空調システムにおいて用いられる、飽和蒸気圧と露点温度との関係を例示した露点温度マップである。 本発明の一実施形態によるエンジンシステムの空調システムにおいて用いられる、窓曇り率と車室内湿度（窓湿度）との関係を例示した窓湿度マップである。

以下、図１及び図２を参照して本発明の一実施形態によるエンジンシステム１について説明する。
図１は本発明の一実施形態によるエンジンシステムをエンジン及びエンジン冷却水経路を中心として示した構成の概略図であり、図２は本発明の一実施形態によるエンジンシステムを空調システムを中心として示した構成の概略図である。
図１において、エンジン冷却水経路４内をエンジン冷却水が流れる様子を矢印ｆ１により例示し、冷媒循環経路４８内を冷媒が流れる様子を矢印ｆ２により例示している。

エンジンシステム１は、車両のエンジン２の冷却を行うため、エンジン２から流出したエンジン冷却水を内部で循環させてエンジンに戻すエンジン冷却水経路４と、エンジン冷却水経路４内を流れるエンジン冷却水の熱を暖房に利用するためのヒータコア６と、エンジン冷却水経路４内を流れるエンジン冷却水の熱を外部の空気中に放出するためのラジエータ８と、エンジン冷却水をエンジン冷却水経路４内において圧送するウォータポンプ１０とを有している。
エンジン冷却水経路４は、エンジン２と、ヒータコア６と、ラジエータ８と、ウォータポンプ１０とが経路上に配置されている。

エンジンシステム１は、さらに、冷媒が循環する冷媒循環経路４８と、冷媒ガスを圧縮して圧送するコンプレッサ５０と、コンプレッサ５０から圧送された冷媒ガスから潜熱を奪って高温高圧の冷媒液とするコンデンサ５２と、この冷媒液を一旦貯留するレシーバドライヤ５４と、冷媒液を減圧して低温低圧の気液混合冷媒とするエキスパンションバルブ５８と、内部を通過する空気を冷媒との熱交換によって冷却するエバポレータ６０と、外気又は内気をエアコン本体内の空気通路（図示せず）に取り込むとともに、この取り込んだ空気を下流側である下方へ送出するブロアファン６２と、を有している。

エンジンシステム１は、さらに、パワートレインコントロールモジュール２８（以下、ＰＣＭという）と、エンジン冷却水経路４のエンジン内冷却水経路１６の出口部近傍に配置され且つエンジン冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ３０と、を備えている。

ＰＣＭ２８は、車両の各部から送られてくるデータを受け入れる入力インターフェース（図示せず）と、車両の各部の制御を行うための演算を実行するＣＰＵ（図示せず）と、車両の各部の制御を行うためのプログラム、データ及び制御信号を格納するメモリ（図示せず）と、および車両の各部に制御信号を送る出力インターフェース（図示せず）とを備えている。本発明のエンジンシステムを実現するためのプログラム、およびこのプログラムの実行に使用するデータおよびテーブルは、メモリ上に格納されている。さらに、メモリには、ＣＰＵによる演算のための作業領域が設けられ、車両の各部から送られてくるデータおよび車両の各部に送り出す制御信号は、メモリに記憶される。ＰＣＭ２８は、エンジン２の制御装置として、空調の暖房要求により追加の暖房要求熱量が必要とされる場合にエンジン２において空気量及び燃料量の増量に応じたトルクの増大を抑制する点火リタードを行う内気循環率補正機能部２９を有している。

冷却水温度センサ３０は、エンジン２から流出するエンジン冷却水の温度を検出する。冷却水温度センサ３０は、ＰＣＭ２８と電気的に接続されており、冷却水温度センサ３０で検出されたエンジン冷却水の温度が、電気信号としてＰＣＭ２８に入力されるようになっている。エンジン冷却水経路４には、他にもエンジン冷却水の温度を計測する温度センサ（例えばラジエータ側の流路に設けられた温度センサ）が設けられている。

エンジンシステム１は、さらに、車両の空調の制御を行うため、空調システム１２を備えている。
図２に示すように、空調システム１２は、空調ダクト１４と、ブロアファン６２と、エバポレータ６０と、ヒータコア６と、空調用操作パネル１５と、空調制御ユニット１８と、を備えている。
この空調システム１２は、乗員が空調用操作パネル１５上で設定した設定温度（例えば２２℃）、設定風量及び設定方向（例えばデフロスタモード）に応じて空調風の温度、風量及び吹出方向等を自動制御可能なオートエアコンである。空調システム１２の空調風は、外気のみ又は内気のみ、或いは外気と内気の混合気によって生成される。

空調ダクト１４は、車室内に空調風を導くための通路を形成し、車外から外気を導入する外気導入口１４ａと、車室内から内気を導入する内気導入口１４ｂと、フロント窓ガラスの内面に空調風を吹き出すデフロスタ吹出口１４ｃと、乗員の正面から空調風を吹き出す正面側吹出口１４ｄと、乗員の側方から空調風を吹き出す側方側吹出口１４ｅと、車両の前部の暖房吹出口１４ｆと、車両の後部の暖房吹出口１４ｇ等を備えている。

外気導入口１４ａと内気導入口１４ｂとの間の位置には、外気導入口１４ａと内気導入口１４ｂとの開度を調節して内気と外気との混合比率を切り替え可能な第１ダンパ２０が設けられている。エバポレータ６０及びヒータコア６の下流側の位置には、ヒータコア６を通過する空調風（温風）とエバポレータ６０を通過する空調風（冷風）との比率を調節可能な第２ダンパ２２が設けられている。空調ダクト１４の第２ダンパ２２よりさらに下流側においては、デフロスタ吹出口１４ｃから吹出す空調風の状態を調節可能な第３ダンパ２４と、正面側吹出口１４ｄ及び側方側吹出口１４ｅから吹出す空調風の状態を調節可能な第４ダンパ２６と、暖房吹出口１４ｆ及び暖房吹出口１４ｇから吹出す空調風の状態を調節可能な第５ダンパ２７とが設けられている。第１ダンパ２０乃至第５ダンパ２７は、各々に設けられたアクチュエータ３２によって駆動され、空調風の流量や送風方向を調節可能に構成されている。アクチュエータ３２は、電気式のモータによって駆動される。アクチュエータ３２は空調制御ユニット１８と電気的に接続されており、空調制御ユニット１８がアクチュエータ３２の回転量を任意に操作できるようになっている。

第１ダンパ２０は、外気導入口１４ａと内気導入口１４ｂとの開度割合を自在に調節することができる。
第１ダンパ２０は、アクチュエータ３２によって回転駆動され、例えば５段階から１０段階、より好ましくは８段階から１０段階の間でそれぞれの開度を設定することができる。例えば、第１ダンパ２０は、外気導入口１４ａの開度を１００％とし且つ内気導入口１４ｂの開度を０％とすることができる。また、例えば、第１ダンパ２０は、外気導入口１４ａの開度を０％とし且つ内気導入口１４ｂの開度を１００％とすることができ、外気導入口１４ａの開度を５０％とし且つ内気導入口１４ｂの開度を５０％とすることができ、さらに、外気導入口１４ａの開度を２０％とし且つ内気導入口１４ｂの開度を８０％とすることができる。このように、第１ダンパ２０は、自身の開度位置により、外気導入口１４ａの開度割合及び内気導入口１４ｂの開度割合を決定する機能を有する。ここで、外気導入口１４ａ及び内気導入口１４ｂの開度割合の合計を１００％とした場合の、内気導入口１４ｂの開度割合を、内気循環率とする。内気循環率は、内気導入口１４ｂの全開状態（開度１００％）に対しての開度割合を示すことにもなる。一般的には、内気温度（車室内温度）は外気温度よりも高い温度となっている。第１ダンパ２０の開度に応じた位置は、ポジションセンサ４５により計測されている。

エバポレータ１３は、内部を通過する空調風を冷媒との熱交換によって冷却する冷却機能を有している。エバポレータ６０は、ブロアファン６２の下流側に配置され、ブロアファン６２から送られてくる空調風がエバポレータ６０内部を通過するように設けられている。

ヒータコア６は、車両の車室内に温風を供給する空調用ヒータの機能を有するものであり、エンジン冷却水の熱を放熱して暖房に利用するための熱交換器として設けられている。このように、ヒータコア６は空調風を加熱する加熱機能を有している。ヒータコア６はエバポレータ６０の下流側において、エバポレータ６０通過後の冷風が内部を通過するように配置されている。

空調用操作パネル１５は、空調システム１２の設定を行うことができる。乗員が設定温度等を設定することにより、空調システム１２の空調制御ユニット１８が自動的に空調風の温度、風量、湿度、内気循環率及び/又は吹出方向等を調整するオートエアコン機能を選択することができる。

空調制御ユニット１８は、空調システム１２の各部（例えば、ブロアファン６２、第１ダンパ２０乃至第５ダンパ２７のそれぞれのアクチュエータ３２、ポジションセンサ４５）と電気的に接続され、各部の制御を行うことができ且つ各部の状態（例えば、第１ダンパ２０の開度位置情報）を取得できるようになっている。
また、空調制御ユニット１８は、車室内湿度センサ３４、車室内温度センサ３６、窓ガラス温度センサ３８、外気温センサ４０、車速センサ４２、日射量センサ４４及び/又はポジションセンサ４５からの各種情報を取得できるようになっている。なお、これらの情報の一部及び全部は、ＰＣＭ２８を介して取得されてもよい。空調制御ユニット１８は、上述の各種センサ等の情報に基づいて、オートエアコン機能を実行するオートエアコン制御を実行することができ、例えば、車室の窓ガラスが曇らないように、図８に示すような窓湿度マップに基づいて、第１ダンパ２０の開度により内気循環率を調整することができる。

車室内湿度センサ３４は、車室内の車室内湿度（内気温度）を検出する。なお、車室内湿度センサ３４が、ガラス窓近傍に配置されているので、車室内のガラス窓近傍の湿度（窓湿度）を検出する機能も有している。車室内のガラス窓は例えばフロントガラス窓又はリヤガラス窓である。なお、車室内湿度センサ３４と別の窓湿度センサを設けていてもよい。車室内湿度センサ３４は、空調制御ユニット１８と電気的に接続されており、車室内湿度センサ３４で検出された車室内湿度が、電気信号として空調制御ユニット１８に入力されるようになっている。車室内湿度センサ３４及び後述する車室内温度センサ３６等が設けられていることにより窓ガラスが曇るか否かの判定を行うことができる。

車室内温度センサ３６は、車室内の車室内温度（雰囲気温度）を検出する。車室内温度センサ３６は、空調制御ユニット１８と電気的に接続されており、車室内温度センサ３６で検出された車室内温度が、電気信号として空調制御ユニット１８に入力されるようになっている。

窓ガラス温度センサ３８は、窓ガラスの車室側に取付けられ且つ窓ガラスの窓ガラス温度を検出する。窓ガラス温度センサ３８は、空調制御ユニット１８と電気的に接続されており、窓ガラス温度センサ３８で検出された窓ガラス温度が、電気信号として空調制御ユニット１８に入力されるようになっている。

外気温センサ４０は、車両の外気温を検出できる位置に設けられ且つ外気の外気温度を検出する。外気温センサ４０は、空調制御ユニット１８と電気的に接続されており、外気温センサ４０で検出された外気温度が、電気信号として空調制御ユニット１８に入力されるようになっている。

車速センサ４２は、車両の速度を検出する。また、車速センサ４２は、空調制御ユニット１８及び/又はＰＣＭ２８と電気的に接続されており、車速センサ４２で検出された車両の速度が、電気信号として空調制御ユニット１８及び/又はＰＣＭ２８に入力されるようになっている。

日射量センサ４４は、日射量（太陽光強度）を検出する。日射量センサ４４は、空調制御ユニット１８と電気的に接続されており、日射量センサ４４で検出された日射量が、電気信号として空調制御ユニット１８に入力されるようになっている。

ポジションセンサ４５は、第１ダンパ２０の位置（外気導入口１４ａと内気導入口１４ｂとの間の開度）を検出する。ポジションセンサ４５は、空調制御ユニット１８と電気的に接続されており、ポジションセンサ４５で検出された第１ダンパ２０の位置が、電気信号として空調制御ユニット１８に入力されるようになっている。

空調制御ユニット１８は、空調システム１２の各部及び車両の各部から送られてくるデータを受け入れる入力インターフェース（図示せず）と、空調システム１２の各部及び車両の各部の制御を行うための演算を実行するＣＰＵ（図示せず）と、空調システム１２の各部及び車両の各部の制御を行うためのプログラム、データ及び制御信号を格納するメモリ（図示せず）と、および空調システム１２の各部及び車両の各部に制御信号を送る出力インターフェース（図示せず）とを備えている。本発明のエンジンシステムを実現するためのプログラム、およびこのプログラムの実行に使用するデータおよびテーブルは、メモリ上に格納されている。さらに、メモリには、ＣＰＵによる演算のための作業領域が設けられ、空調システム１２の各部及び車両の各部から送られてくるデータおよびこれらの各部に送り出す制御信号は、メモリに記憶される。
空調システム１２の各部は、例えば、ブロアファン６２、第１ダンパ２０乃至第５ダンパ２７のそれぞれのアクチュエータ３２、車室内湿度センサ３４、車室内温度センサ３６、窓ガラス温度センサ３８、外気温センサ４０、車速センサ４２、日射量センサ４４及び/又はポジションセンサ４５等である。空調制御ユニット１８は、車両の各部、例えばＰＣＭ２８と、ＣＡＮ等の通信システムを介して電気的に接続されている。空調制御ユニット１８は、必要に応じてＰＣＭ２８と双方向に通信を行う。空調制御ユニット１８は、ＰＣＭ２８からの指令を受けて空調制御を行うことができ、また、空調制御ユニット１８は、ＰＣＭ２８のエンジン制御に必要な情報、例えば第１ダンパ２０の開度に基づく内気循環率の情報を算定し、ＰＣＭ２８に常時送信することができる。空調制御ユニット１８が各種センサの取得データに基づいて第１ダンパ２０の制御及び内気循環率の算定を行うことができるので、ＰＣＭ２８が、内気循環率を直接計測、又は内気循環率を算定することをしないようにできている。

エンジンの制御装置の内気循環率補正機能部２９は、空調制御ユニット１８から内気循環率の情報を受けられない場合には、内気循環率を下限値まで下げた状態と仮設定して、エンジン２における空気量及び燃料量の増量を設定し且つ点火リタード量の設定を行わせる内気循環率仮設定機能部３１を備えている。内気循環率仮設定機能部３１は、空調制御ユニット１８から内気循環率の情報を受けられない場合においても、一連の処理を中断させることなく、補正係数Ａ４の値を１として仮設定でき、内気循環率補正機能部２９が最終要求熱量Ａ７を算出することができるようにし、装置の信頼性を向上させることができる。また、内気循環率仮設定機能部３１は、内気循環率を下限値まで下げた状態と仮設定するので、水温係数Ａ３を減少させることなく、最終要求熱量Ａ７を要求される熱量に対して不足させることを防ぎ、最終要求熱量Ａ７を常に要求される熱量以上の値に維持することが可能となる。

次に、図３により、本実施形態のエンジンシステム１のエンジンの制御装置の内気循環率補正機能部２９において最終要求熱量Ａ７、すなわち最終投入熱量を計算する処理について説明する。
図３は、本発明の一実施形態によるエンジンシステムのエンジンの制御装置の内気循環率補正機能部が目標となる最終要求熱量を算定する処理の手順を示す図である。

ステップＳ１において、ＰＣＭ２８の内気循環率補正機能部２９は、ベース要求熱量Ａ１を算定する。ベース要求熱量Ａ１は、エンジン２の出力（トルク）との関係だけで要求される基本的な熱量である。すなわち、最終要求熱量を算定しようとする算定時点においてのエンジン２の出力によりベース要求熱量Ａ１が算定される。例えば、エンジン回転数が高く、エンジン２の出力が高い状態においては、エンジン２から生じる熱量がすでに高い状態であり、ベース要求熱量Ａ１が高い熱量の値の状態となっている。

ステップＳ２において、内気循環率補正機能部２９はエンジン回転数及びエンジンの燃焼圧（又は充填効率）を取得する。内気循環率補正機能部２９は、暖房要求ベース熱量マップにおいて、異なるエンジンの燃焼圧ごとに、算定時点のエンジン回転数に応じて算定時点で投入可能な最大の熱量Ａ２[J/str]を算定できる。暖房要求ベース熱量マップにおいては、リタードによる失火や燃焼安定性等を考慮して、算定時点で投入可能な最大の想定熱量Ａ２を算定することができる。

ステップＳ３において、内気循環率補正機能部２９は冷却水温度センサ３０からエンジン冷却水の水温（エンジン水温）及び始動時のエンジン冷却水の水温（始動時エンジン水温）を取得する又は既に取得し且つ記憶していたエンジン冷却水の水温（エンジン水温）データを利用する。次に、現在のエンジンの状態（例えば、走行状態、又はアイドル状態等）ごとに別に作成される水温ゲインマップにおいて、異なる始動時エンジン水温ごとに、エンジン水温に対し、水温係数Ａ３が算定される。水温係数Ａ３は、算定時点で投入可能な最大の熱量Ａ２に対し、実際に投入する熱量の割合を算定するための係数である。
例えば、エンジン冷却水の水温が高くなるほど、ベース要求熱量Ａ１も高くなり、熱をヒータコア６を介して暖房に有利に利用することができるので水温係数Ａ３は減少される。

ステップＳ４において、内気循環率補正機能部２９は内気循環率（例えば、第１ダンパ２０の開度位置情報）を取得する。次に、内気循環率補正テーブルにおいて、取得した内気循環率に対し、補正係数Ａ４が算定される。内気循環率補正テーブルにおいて、内気循環率＝０（内気循環の割合が０％且つ外気循環の割合が１００％）の場合には、補正係数Ａ４＝１となる。一方で、補正係数Ａ４が最小となる場合（内気循環の割合が１００％且つ外気循環の割合が０％の場合）には、補正係数Ａ４＝０．５等の比較的低い値に設定される。例えば、補正係数Ａ４の下限値は、０．２〜０．５等の範囲の値に設定される。内気循環率補正テーブルにおいては、内気循環率が高いほど、比較的温度の高い内気の割合が多くなるため補正係数は小さくなることが示されている。補正係数Ａ４は、算定時点で投入可能な最大の熱量Ａ２に対し実際に投入する熱量の割合を算定するための水温係数Ａ３を、さらに内気循環率に応じて投入する熱量の割合を減少させることができる補正係数となっている。例えば、内気循環率の割合が高い状態、すなわち車室内に比較的温度の高い内気が多く循環している状態によれば、エンジン２において発生させるべき追加の熱量は比較的小さな熱量で済む一方、車室内に比較的湿度の高い内気が多く循環している状態であるので、窓ガラスが曇りやすくなる傾向がある。よって、空調制御ユニット１８により窓ガラスが曇らないように判断された内気循環率の値を受けて、エンジン２において発生させるべき追加の熱量を抑制するように制御を行う。

ステップＳ４において、エンジンの制御装置の内気循環率補正機能部２９の内気循環率仮設定機能部３１は、空調制御ユニット１８から内気循環率の情報を受けられない場合には、内気循環率を下限値まで下げた状態と仮定して、エンジン２における空気量及び燃料量の増量を設定し且つ点火リタード量の設定を行わせる。具体的には、空調制御ユニット１８とＰＣＭ２８との間のＣＡＮ等の通信システムの故障により、ＰＣＭ２８が空調制御ユニット１８から内気循環率の情報を受信できない場合、第１ダンパ２０及びそのアクチュエータ３２の故障により空調制御ユニット１８から内気循環率の適切な情報を受けられなくなる場合、ポジションセンサ４５の故障により空調制御ユニット１８から内気循環率の適切な情報を受けられなくなる場合、又は空調制御ユニット１８の故障によりＰＣＭ２８が空調制御ユニット１８から内気循環率の情報を受信できない場合等において、ＰＣＭ２８の内気循環率補正機能部２９の内気循環率仮設定機能部３１は、内気循環率の情報を仮設定した状態で、エンジンにおける空気量及び燃料量の増量を設定し且つ点火リタード量の設定を行わせることができる。このとき、空調制御ユニット１８から適切な内気循環率の情報を得られない場合であっても、内気循環率を下限値まで下げた状態、例えば、外気開度を１００％とし、内気開度を０％とした状態と仮定して、補正係数Ａ４を１と仮設定し、水温係数Ａ３を使用して、空調の暖房要求による暖房要求熱量（暖房要求熱量Ａ６及び最終要求熱量Ａ７）を供給するように、空気量及び燃料量を増量させ、このエンジンにおける空気量及び燃料量の増量に応じて点火リタードを行う制御を行うことができる。従って、内気循環率の情報を得られない場合であっても、水温係数Ａ３を補正係数Ａ４によって減少させるような補正機能を無効とする（すなわち補正係数Ａ４を１と仮設定する）ことにより、最終要求熱量Ａ７が不足することを防ぐことができる。
なお、ＰＣＭ２８が空調制御ユニット１８から内気循環率の情報を受けられない場合には、空調制御ユニット１８が外気開度を１００％とし、内気開度を０％とするように、第１ダンパ２０及びそのアクチュエータ３２を制御することにより、車室内の窓ガラスに曇りが発生する可能性を低減させる。

ステップＳ５において、内気循環率補正機能部２９は水温係数Ａ３に補正係数Ａ４を乗じ、水温補正係数Ａ５を算定する。水温補正係数Ａ５は、水温係数Ａ３を補正係数Ａ４によって減少させるような補正を行った係数となる。

ステップＳ６において、算定時点で投入可能な最大の熱量Ａ２に水温補正係数Ａ５を乗じ、暖房要求熱量Ａ６を算定する。暖房要求熱量Ａ６においては、内気循環率に基づいた補正係数Ａ４の情報が反映されることとなる。

ステップＳ７において、ベース要求熱量Ａ１に対して、暖房要求熱量Ａ６を加算することにより目標となる最終要求熱量Ａ７、すなわち最終投入熱量が算定される。最終要求熱量Ａ７には、内気循環率の情報が含まれるので、内気循環量が増加されている場合に、投入熱量が抑制される。このように算定された最終要求熱量Ａ７に対し、ＰＣＭ２８の内気循環率補正機能部２９は、図４に示すように、例えば、充填効率を上昇させ、上昇された充填効率に対してエンジントルクが増加するため、同一トルクを生じさせるように、進角をリタードさせる制御を行う。

次に、図４により、本実施形態のエンジンシステム１のエンジン制御装置の内気循環率補正機能部２９において目標充填効率を上昇させ、上昇された充填効率を同一トルクとなるように、進角をリタードさせる制御について説明する。図４は、本発明の一実施形態によるエンジンシステムのエンジンにおいて発生されるトルクと進角の関係を示す図である。図４においては、縦軸にはトルクＴ[Nm]が示され、横軸には進角Ｃが示されている。図４において、充填効率を０．２とした場合の進角Ｃに対するトルクの関係をＢ１に示す。また、充填効率を０．４とした場合の進角に対してエンジン２から発生されるトルクＴの関係をＢ２に示す。充填効率は、燃焼に寄与する新気の絶対量を表す指標である。よって、エンジン２に投入される空気量が充填効率０．２（Ｂ１）の場合よりも充填効率０．４（Ｂ２）の場合の方が増大されている。

このように、本実施形態のエンジンシステム１の内気循環率補正機能部２９においては、上述のような最終要求熱量Ａ７に対し、エンジン２に投入される空気量（或いは燃料量）を増大させることによりエンジン２から発生する熱量を増大させ、エンジン冷却水の温度上昇を介してヒータコア６から暖房に熱量を供給させている。
図４においては、エンジン２に投入される空気量（或いは燃料量）を増大させ、充填効率０．２から充填効率０．４に上昇させてエンジン２から発生する熱量を増大させる場合に、併せてエンジン２から生じるトルクＴが増大してしまうことを示している。このとき、進角Ｃを基準の進角Ｃ１からリタード（点火リタード）させることにより、充填効率０．２の場合の基準の進角Ｃにおいてエンジン２から生じていたトルクＴ１と、充填効率０．４の場合のリタードさせた進角Ｃ２においてエンジン２から生じるトルクＴ１とを同一の大きさのトルクとすることができる。リタード（点火リタード）は、燃料の噴射タイミングを、基準の運転状態に対応する噴射タイミングに対して所定の点火リタード量だけ遅らせるものである。

このように、エンジン２に投入される空気量（或いは燃料量）を増大させてエンジン２から発生する熱量を増大させる場合において、点火リタードを用いて、エンジン２から生じるトルクＴを一定に保つ燃焼制御を行うことができるが、エンジン２で燃焼したにも関わらず結果としてトルクＴに寄与させない（余剰トルク分の）無駄な燃料の消費（ロス）を生じ、燃料を浪費してしまうことにもなる。従って、本実施形態のエンジンシステム１のＰＣＭ２８の内気循環率補正機能部２９により、内気循環率を用いて暖房要求熱量Ａ６を減少させ、且つ最終要求熱量Ａ７を減少させることで、エンジン２に投入される空気量（或いは燃料量）の増大を抑制してエンジン２から生じるトルクＴの増大を抑制した場合（図４のＢ３参照）、同一のトルクＴ１を実現するために必要な点火リタード量（Ｃ１からＣ３までの点火リタード量）を減少させることができる。

次に、図５乃至図８により、本実施形態のエンジンシステム１の空調システム１２において車室内湿度、車室内温度、窓ガラス温度等に基づいて内気循環率を算定する処理について説明する。
図５は本発明の一実施形態によるエンジンシステムの空調システムにおいて車室内湿度、車室内温度、窓ガラス温度等に基づいて内気循環率を算定する処理の手順を示すフローチャートであり、図６は本発明の一実施形態によるエンジンシステムの空調システムにおいて用いられる、車室内温度（雰囲気温度）と飽和蒸気圧との関係を例示した飽和蒸気圧マップであり、図７は本発明の一実施形態によるエンジンシステムの空調システムにおいて用いられる、飽和蒸気圧と露点温度との関係を例示した露点温度マップであり、図８は本発明の一実施形態によるエンジンシステムの空調システムにおいて用いられる、窓曇り率と車室内湿度（窓湿度）との関係を例示した窓湿度マップである。

ステップＳ１１に示すように、空調制御ユニット１８は、車室内湿度（窓湿度）、車室内温度、窓ガラス温度、外気温度、車速及び日射量を読み込む。

ステップＳ１２に示すように、空調制御ユニット１８は、図６に示すように、車室内温度（雰囲気温度）から飽和蒸気圧を算定する。図６に示すように、空調制御ユニット１８は、車室内温度（雰囲気温度）と飽和蒸気圧との関係を示す飽和蒸気圧マップを記憶している。図６においては、縦軸には飽和蒸気圧[hPa]が示され、横軸には車室内温度（雰囲気温度）[℃]が示されている。図６において、空調制御ユニット１８は、飽和蒸気圧マップを参照して、現時点の車室内温度（雰囲気温度）から飽和蒸気圧を算定することができる。

ステップＳ１３に示すように、空調制御ユニット１８は、図７に示すように、飽和蒸気圧から露点温度を算定する。図７に示すように、空調制御ユニット１８は、飽和蒸気圧と露点温度との関係を示す露点温度マップを記憶している。図７においては、縦軸には露点温度[℃]が示され、横軸には飽和蒸気圧[hPa]が示されている。図７において、空調制御ユニット１８は、露点温度マップを参照して現時点の飽和蒸気圧から露点温度を算定することができる。

ステップＳ１４に示すように、空調制御ユニット１８は、窓ガラス温度及び露点温度等から窓曇り率を算定する。窓曇り率は次の式により算定される。
窓曇り率=窓ガラス温度−露点温度＋窓曇り検出補正値
窓曇り検出補正値は、外気温度、車速及び/又は日射量等の影響を考慮した補正値として算定される。外気温度が低い場合には、窓ガラスが曇りやすくなるので、窓曇り検出補正値を増大させる。車速が高い場合には、窓ガラスが曇りやすくなるので、窓曇り検出補正値を増大させる。日射量が少ない場合には、窓ガラスが曇りやすくなるので、窓曇り検出補正値を増大させる。

ステップＳ１５に示すように、空調制御ユニット１８は、窓曇り率に対する車室内湿度（窓湿度）の窓曇り湿度閾値を算定する。図８に示すように、空調制御ユニット１８は、窓曇り率と車室内湿度（窓湿度）との関係を示す窓湿度マップを算定することができる。なお、空調制御ユニット１８は、窓曇り率と車室内湿度（窓湿度）との関係を示す窓湿度マップを予め設定されたデータとして記憶することができる。図８においては、縦軸には窓湿度が示され、横軸には窓曇り率が示されている。図８において、空調制御ユニット１８は、算定された窓曇り率に対しガラス窓が曇り始める湿度として窓曇り湿度閾値を算定する。窓湿度マップにおいて、窓曇り湿度閾値より上側の領域、すなわち窓湿度が小さくなる側の領域においては窓曇りが発生しないと想定される領域となる。図８に示すような、窓湿度マップにおいて、窓曇り率ａである場合に窓湿度Ｈ１であるときは、窓曇り湿度閾値上の湿度Ｈ４に到達するまで、内気循環の割合、すなわち内気循環率を増大させることが可能である。また、窓曇り率ａである場合に窓湿度Ｈ２であるときは、窓曇り湿度閾値上の湿度Ｈ４に到達するまで、内気循環の割合、すなわち内気循環率を増大させることが可能である。このとき、Ｈ４−Ｈ１＞Ｈ４−Ｈ２の関係となっている。このように、空調制御ユニット１８は、オートエアコン制御において、ガラス窓の窓曇りが発生しないと想定される領域内に留まる限度まで内気循環率を高める制御を行うことができる。また、窓湿度マップにおいて、窓曇り率ａである場合に窓湿度Ｈ３であるときは、ガラス窓が曇ると想定される状態であるので、窓曇り湿度閾値上の湿度Ｈ４に到達するまで、内気循環の割合、すなわち内気循環率を減少させることが必要である。このときは外気循環割合を増やして内気循環割合を減らす制御を行う。

ステップＳ１６においては、窓曇り率と車室内湿度（窓湿度）との関係を示すマップ上において車室内湿度（窓湿度）が窓曇り湿度閾値より小さいか否かを判定する。車室内湿度が窓曇り湿度閾値より小さい場合には、ステップＳ１７に進む。車室内湿度が窓曇り湿度閾値以上である場合には、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１７においては、車室内湿度が窓曇り湿度閾値より小さい場合には、現時点の車室内湿度から、ガラス窓が曇り始める湿度まで余裕がある状態と考えられるので、内気循環率を増大させる。具体的には、第１ダンパ２０を内気導入口１４ｂの開度を増大させるように制御する。空調制御ユニット１８は、内気循環率を増大させる制御を行った後、リターンに進む。この空調制御ユニット１８側で設定される内気循環率の情報は、常時ＰＣＭ２８側の内気循環率補正機能部２９に送られている。空調制御ユニット１８側で内気循環率が増大される場合には、増大された内気循環率を受けたＰＣＭ２８側の内気循環率補正機能部２９が増大された内気循環率の値に基づいてエンジン２における空気量及び燃料量の増量に応じた点火リタード量を減少させる制御を行うことができる。

ステップＳ１８においては、車室内湿度（窓湿度）が窓曇り湿度閾値以上である場合には、現時点の車室内湿度が、ガラス窓が曇り始める湿度に既に達している状態と考えられるので、内気循環率を減少させる。具体的には、第１ダンパ２０を内気導入口１４ｂの開度を減少させ、外気導入口１４ａの開度を増加させるように制御する。空調制御ユニット１８は、内気循環率を低減させる制御を行い、リターンに進む。空調制御ユニット１８側で内気循環率が減少される場合には、減少された内気循環率を受けたＰＣＭ２８側の内気循環率補正機能部２９が減少された内気循環率の値に基づいてエンジン２における空気量及び燃料量の増量に応じた点火リタード量を減少させる処理を行うことができる。
上述の一連の制御がリターンに到達する場合には、再びスタートに戻り、スタートから一連の制御を開始させる。

上述した本発明の一実施形態によるエンジンシステム１によれば、空調の暖房要求により最終要求熱量Ａ７が必要とされる場合にエンジン２において空気量及び燃料量を増量させ、このエンジン２における空気量及び燃料量の増量に応じて点火リタードを行う制御を行う場合に、内気循環率補正機能部２９が、空調の内気循環と外気循環との合計のうち内気循環の割合に基づく内気循環率が増加されるにつれて、空気量及び燃料量の増量を抑制し且つ点火リタード量を減少させることができるので、エンジン２における空気量及び燃料量の増量を抑制し、点火リタード量を減少させることができ、点火リタード時の燃料の消費を抑えて燃費を向上させることができる。

また、本実施形態によるエンジンシステム１によれば、エンジンシステム１の空調制御ユニット１８が、さらに、車室内湿度、車室内温度、窓ガラス温度に基づいて算定される窓ガラスが曇らないと想定される条件を満たしながら内気循環率を増加させることができ、ＰＣＭ２８の内気循環率補正機能部２９が、この内気循環率が増加されるにつれて、空気量及び燃料量の増量を抑制し且つ点火リタード量を減少させることができるので、空調制御ユニット１８により窓ガラスが曇らないようにしながら、エンジン２における空気量及び燃料量の増量を抑制し、点火リタード量を減少させることができ、点火リタード時の燃料の消費を抑えて燃費を向上させることができる。

さらに、本実施形態によるエンジンシステム１によれば、内気循環率補正機能部２９の内気循環率仮設定機能部３１は、空調制御ユニット１８から内気循環率の情報を受けられない場合には、内気循環率を下限値である０％まで下げた状態として、エンジン２における空気量及び燃料量の増量を設定し且つ点火リタード量の設定を行わせることができ、内気循環率の情報が得られない場合であっても、空調の暖房要求による暖房要求熱量を供給するように、空気量及び燃料量を増量させ、このエンジン２における空気量及び燃料量の増量に応じて点火リタードを行う制御を行うことができる。

１ エンジンシステム
２ エンジン
４ エンジン冷却水経路
６ ヒータコア
８ ラジエータ
１０ ウォータポンプ
１２ 空調システム
１３ エバポレータ
１４ 空調ダクト
１４ａ 外気導入口
１４ｂ 内気導入口
１４ｃ デフロスタ吹出口
１４ｄ 正面側吹出口
１４ｅ 側方側吹出口
１４ｆ 暖房吹出口
１４ｇ 暖房吹出口
１５ 空調用操作パネル
１６ エンジン内冷却水経路
１８ 空調制御ユニット
２０ 第１ダンパ
２２ 第２ダンパ
２４ 第３ダンパ
２６ 第４ダンパ
２７ 第５ダンパ
２８ パワートレインコントロールモジュール
２９ 内気循環率補正機能部
３０ 冷却水温度センサ
３２ アクチュエータ
３４ 車室内湿度センサ
３６ 車室内温度センサ
３８ 窓ガラス温度センサ
４０ 外気温センサ
４２ 車速センサ
４４ 日射量センサ
４８ 冷媒循環経路
５０ コンプレッサ
５２ コンデンサ
５４ レシーバドライヤ
５８ エキスパンションバルブ
６０ エバポレータ
６２ ブロアファン

Claims (3)

1. 空調の暖房要求による要求熱量が必要とされる場合にエンジンにおいて空気量及び燃料量の増量に応じた点火リタードを行う制御機能を有しているエンジンの制御装置を備えたエンジンシステムであって、
   上記エンジンの制御装置は、上記エンジン水温に応じて算定され且つ上記エンジンの状態ごとに投入可能な熱量に対し投入する熱量の割合を減少させる第１係数と、空調の内気循環と外気循環との合計のうち内気循環の割合に基づく内気循環率に応じて投入する熱量の割合を減少させる第２係数と、を上記投入可能な熱量に乗じることにより、上記投入可能な熱量に対して投入する熱量を抑制し、空気量及び燃料量の増量に応じた点火リタード量の増量を抑制させる内気循環率補正機能部を有することを特徴とするエンジンシステム。
2. さらに、
   車室内湿度、車室内温度、窓ガラス温度に基づいて算定される窓ガラスが曇らないと想定される条件を満たしながら上記内気循環率を増加させる制御機能を有する空調制御装置を備え、
   上記エンジンの制御装置の上記内気循環率補正機能部は、上記空調制御装置から上記内気循環率の情報を受けて、空気量及び燃料量の増量に応じた上記点火リタード量の増量を抑制させる機能を備えていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンシステム。
3. 上記エンジンの制御装置の上記内気循環率補正機能部は、上記空調制御装置から上記内気循環率の情報を受けられない場合には、上記内気循環率を下限値まで下げた状態として、上記エンジンにおける空気量及び燃料量の増量を設定し且つ点火リタード量の設定を行わせる内気循環率仮設定機能を備えていることを特徴とする請求項２に記載のエンジンシステム。

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