(57)【要約】      （修正有）【課題】低車速領域における車両の加速応答性を確保し、ドライバビリティを高める。【解決手段】エンジン回転数と当該エンジン回転数の条件下で内燃機関が出力し得る最大トルクとの関係を規定したデータを予めメモリに記憶保持し、車両の車速が所定以下である低車速領域において、運転者の操作及び外部負荷に基づく要求トルクが、前記データに規定されている現在のエンジン回転数の下での最大トルクよりも大きい場合に、外部負荷を低減させる制御を実行する制御装置を構成した。前記最大トルクは、気筒に充填される吸気量の上限（吸気の流速が音速域に達すると、吸気量の増加が頭打ちとなる）を考慮して設定される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された内燃機関及び内燃機関の出力を利用して作動する外部負荷を制御するものであって、
エンジン回転数と当該エンジン回転数の条件下で内燃機関が出力し得る最大トルクとの関係を規定したデータを予めメモリに記憶保持し、
車両の車速が所定以下である低車速領域において、運転者の操作及び外部負荷に基づく要求トルクが、前記データに規定されている現在のエンジン回転数の下での最大トルクよりも大きい場合に、外部負荷を低減させる制御を実行することを特徴とする制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される内燃機関及び内燃機関の出力を利用して作動する補機を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車には、その走行駆動力の発生源である内燃機関の出力を利用して作動する各種の補機が搭載されている（例えば、下記特許文献を参照）。
【０００３】
具体的に述べると、エアコンディショナの冷媒圧縮用のコンプレッサは、内燃機関のクランクシャフトから回転トルクの伝達を受けて冷媒圧縮動作を行い、車内の冷房に寄与する。また、エアコンディショナに付帯する送風用のブロワ（または、ファン）や、リアガラスの曇りを取るデフォッガは、車載のバッテリまたは発電機から電力供給を受けて動作するが、その電力を生み出す発電機もまた、クランクシャフトから回転トルクの伝達を受けて発電を行う。つまり、コンプレッサや発電機等は直接的に内燃機関の出力を利用しており、ブロワやデフォッガ等の電気負荷は発電機による機械エネルギから電気エネルギへの変換を通じて間接的に内燃機関の出力を利用している。これらはおしなべて、内燃機関に対する外部負荷となる。
【０００４】
内燃機関の吸気通路を気筒に向かって流れる吸気の流速が音速域を超えると、気筒に吸気が流入しにくくなり、スロットルバルブやアイドルスピードコントロールバルブの開度を拡大しても気筒に充填される吸気量が増加しなくなる（頭打ちとなる）。とりわけ、小排気量の機関では、スロットルボア径が元来小さいことから、この事象が顕著に現れる。
【０００５】
車両が低速で走行している状況下で、運転者が車両を加速させようとアクセルペダルを踏み込んだとき、要求される燃料噴射量に見合った量の吸気が気筒に充填されないと、内燃機関の出力が十分に増大しない。その際に、内燃機関に対する外部負荷が大きいと、車軸に供給される走行駆動力が不足して、車両の加速が伸びない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１３８８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、低車速領域における車両の加速応答性を確保し、ドライバビリティを高めることを所期の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するべく、本発明では、車両に搭載された内燃機関及び内燃機関の出力を利用して作動する外部負荷を制御するものであって、エンジン回転数と当該エンジン回転数の条件下で内燃機関が出力し得る最大トルクとの関係を規定したデータを予めメモリに記憶保持し、車両の車速が所定以下である低車速領域において、運転者の操作及び外部負荷に基づく要求トルクが、前記データに規定されている現在のエンジン回転数の下での最大トルクよりも大きい場合に、外部負荷を低減させる制御を実行することを特徴とする制御装置を構成した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、低車速領域における車両の加速応答性を確保してドライバビリティを高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態における車両用内燃機関の構成を示す図。
【図２】車両に実装された各種の外部負荷を制御するための電気回路を示す図。
【図３】吸気の流速が高い場合における、吸気通路の開度と気筒に充填される吸気の流量との関係を示す図。
【図４】同実施形態の制御装置が実行する処理の内容を示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１２】
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。内燃機関は、例えば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。
【００１３】
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の開度を調節することのできるアイドルスピードコントロールバルブ３６を設けてある。
【００１４】
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。
【００１５】
車両には、複数の外部負荷が付随する。外部負荷の具体例として、エアコンディショナの冷媒圧縮用のコンプレッサ、発電機６３、そして各種の電気負荷、例えばエアコンディショナの送風用ブロワ、リアガラスの曇りを取るデフォッガ、オーディオ機器、カーナビゲーションシステム、照明灯（ヘッドランプ、テールランプ、フォグランプ、ウィンカ（ターンシグナルランプ）等）、内燃機関の冷却水を空冷するラジエータのファン、電動パワーステアリング装置等を挙げることができる。
【００１６】
コンプレッサは、内燃機関のクランクシャフトから回転トルクの伝達を受けて回転駆動され、冷媒を圧縮する。図２に示すように、コンプレッサとクランクシャフトとの間には、断接切換可能なマグネットクラッチ６１が介在している。エアコンディショナを稼働するときには、このマグネットクラッチ６１に車載バッテリ６２及び／または発電機６３からの電流を通電し、マグネットクラッチ６１を締結する。逆に、エアコンディショナを稼働しないときには、マグネットクラッチ６１に通電せず、クラッチ６１を切断する。マグネットクラッチ６１への通電及びその遮断は、リレースイッチ６４のＯＮ／ＯＦＦによって行う。
【００１７】
送風用ブロワを回転駆動するモータ６６や、デフォッガとしてリアガラスに敷設された電熱線ヒータ６８は、バッテリ６２及び／または発電機６３から電力供給を受けて作動する。モータ６６やヒータ６８への通電及びその遮断は、リレースイッチ６７のＯＮ／ＯＦＦ、または半導体スイッチング素子（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）６９の点弧／消弧によって行う。
【００１８】
オーディオ機器、カーナビゲーションシステム、照明灯、ラジエータファンを回転駆動するモータその他の電気負荷についても、上記と同様である。
【００１９】
電気負荷への電力供給の源である発電機（オルタネータまたはモータジェネレータ）６３は、内燃機関のクランクシャフトから回転トルクの伝達を受けて回転駆動され、発電を行う。発電機６３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クランクシャフトに接続している。発電機６３は、回生発電を実施することがある。即ち、運転者がアクセルペダルを踏んでおらず、車両の加速を要求していない（減速を容認している）場合において、クランクシャフト及び車軸の回転のエネルギを電気エネルギに変換して回収しつつ、内燃機関及び車両を減速させる。
【００２０】
発電機６３が発電し出力する電圧の大きさは、レギュレータ６５を介して制御することができる。レギュレータ６５は、発電機６３に付帯するＩＣ式の既知のもので、発電機６３のフィールドコイルへの通電をＯＮ／ＯＦＦ切り替えするスイッチング動作を行う。
【００２１】
発電機６３の出力電圧、即ち発電機６３の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比であるｆＤＵＴＹに比例して大きくなる。レギュレータ６５は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０からオルタネータの出力電圧を指令する信号ｒ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。このＰＷＭ制御により、発電機６３の発電する電力を増減させることができる。発電機６３による発電量、換言すればバッテリ６２への充電量及び／または電気負荷への給電量は、ｆＤＵＴＹが高いほど増加し、ｆＤＵＴＹが低いほど減少する。
【００２２】
広汎に普及している車両用発電機６３のレギュレータ６５では、発電機６３の出力電圧を二段階、例えば１４．５Ｖまたは１２．８Ｖに切り替えることができる。この場合のＥＣＵ０は、レギュレータ６５に対し、発電機６３の出力電圧をＨＩ電位＝１４．５Ｖとするか、ＬＯ電位＝１２．８Ｖとするかを指令する信号ｒを入力する。
【００２３】
因みに、レギュレータ６５として、発電機６３の出力電圧を所定範囲、例えば１２Ｖ〜１５．５Ｖの間で連続的に変えることのできるリニアレギュレータを採用することもできる。この場合のＥＣＵ０は、レギュレータ６５に対し、発電機６３の出力電圧を範囲内の何れの値にするかを指令する信号ｒを入力する。
【００２４】
発電機６３は、内燃機関から見れば機械的な負荷となる。発電機６３の出力電圧がバッテリ６２の電圧を超越するとき、バッテリ６２が充電され、かつ発電機６３から電気負荷に電力が供給される。つまり、発電機６３がクランクシャフトの回転のエネルギを費やして電気エネルギを生成する仕事をする。バッテリ６２への充電量及び電気負荷への給電量は、発電機６３の出力電圧とバッテリ電圧との電位差に依存する。
【００２５】
逆に、発電機６３の出力電圧がバッテリ電圧に満たないか、バッテリ電圧に近いときには、バッテリ６２が充電されず、また発電機６３から電気負荷に電力が供給されない（バッテリ６２から電気負荷に電力供給されることはある）。つまり、発電機６３がクランクシャフトの回転のエネルギを費やす仕事をしないか、またはその仕事が小さくなる。
【００２６】
要するに、ＥＣＵ０からレギュレータ６５に高い出力電圧を指令すると、エンジン回転に対する発電機６３の機械負荷が増し、低い出力電圧を指令すると、エンジン回転に対する発電機６３の機械負荷が減る。
【００２７】
本実施形態の制御装置たる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。
【００２８】
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、クランクシャフトと車軸との間に介在するトルクコンバータや変速機等の駆動系（図示せず）に用いられる作動液（油）の温度を検出する液温センサから出力される液温信号ｆ、車両の加速度または車両が所在する路面の勾配を検出する加速度センサから出力される加速度信号ｇ、バッテリ６２の充電状態を示唆する指標（バッテリ電流及び／またはバッテリ電圧）を検出するセンサから出力されるバッテリ状態信号ｈ、エアコンディショナや各種電気負荷のそれぞれについて、これを作動させるべきか否かに関する作動要求信号ｍ、エアコンディショナの（コンデンサから流下する）冷媒の圧力を検出する冷媒圧センサから出力される冷媒圧信号ｎ等が入力される。作動要求信号ｍは、エアコンディショナや各種電気負荷を作動させることを望む運転者または搭乗者が手動操作する、エアコンディショナまたは電気負荷毎の操作スイッチ（または、コントロールパネル）から発される信号であったり、オートエアコンシステムを司るオートエアコンＥＣＵ等から発される信号であったりする。
【００２９】
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、マグネットクラッチ６１に通電する電気回路上のスイッチ６４に対してクラッチ締結信号ｏ、モータ６６やヒータ６８その他の電気負荷に通電する電気回路上のスイッチ６７、６９に対してスイッチＯＮ信号ｐ、ｑ、発電機６３が発電する電圧を制御する電圧レギュレータ６５に対して電圧指示信号ｒ等を出力する。
【００３０】
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、ｍ、ｎ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。そして、それらエンジン回転数及び吸気量に基づき、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、エアコンディショナのコンプレッサのＯＮ／ＯＦＦ、ブロワのＯＮ／ＯＦＦ、デフォッガのＯＮ／ＯＦＦ、その他各種電気負荷のＯＮ／ＯＦＦ、発電機６３の出力電圧（発電量）等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｏ、ｐ、ｑ、ｒを出力インタフェースを介して印加する。
【００３１】
吸気通路３を気筒１に向かって流れる吸気の流速が音速域を超えると、気筒１に吸気が流入しにくくなる。さすれば、図３に示すように、スロットルバルブ３２やアイドルスピードコントロールバルブ３６の開度を拡大したとしても、気筒１に充填される吸気量の増加が頭打ちとなる。小排気量の内燃機関では、元来スロットルボア径が小さいことから、この事象が顕著となる。
【００３２】
車両が低速走行している状況下で、運転者が車両を加速させようとアクセルペダルを踏み込んだとき、要求される燃料噴射量に見合った量の吸気が気筒１に充填されないと、内燃機関の出力が十分に増大しない。その際に、内燃機関に対する外部負荷が大きいと、車軸に供給される走行駆動力が不足し、車両の加速が伸びない。車両の加速の遅れは、回生発電を伴う車両の惰性走行（回生制動）から車両の再加速に切り替わる際に起こり得る。低車速時に発生する加速の遅れは、中高車速時に発生するそれと比べて、運転者によりはっきりと知覚され、運転者に違和感や不全感を与える蓋然性が高い。
【００３３】
そこで、本実施形態のＥＣＵ０は、図４に示すように、車両の車速が所定以下である低車速領域において（ステップＳ１）、運転者の操作及び外部負荷に基づく要求トルクが、現在のエンジン回転数の下で内燃機関が出力し得る最大トルクよりも大きい場合に（ステップＳ２）、外部負荷を低減させる制御を実行する（ステップＳ３）。
【００３４】
ＥＣＵ０のメモリには予め、エンジン回転数と、当該エンジン回転数の条件下で内燃機関が出力し得る最大トルクとの関係を規定したマップデータが格納されている。各エンジン回転数に対する最大トルクは、吸気の流速が音速域を超えたときに吸気の流量が頭打ちとなることを考慮し、アイドルスピードコントロールバルブ３６を最大開度に操作することで気筒１に充填できる最大の吸気量及び当該吸気量に対応した燃料噴射量により出力されるエンジントルクを推算し、または実験的に（適合試験等により）求めたものである。ＥＣＵ０は、現在のエンジン回転数をキーとしてマップデータを検索し、内燃機関が出力し得る最大トルクの値を得る。
【００３５】
なお、上記の最大トルクを、そのときの吸気温等に応じて補正してもよい。吸気温が高いほど、吸気の密度は低下するので、最大トルクを低く補正する。
【００３６】
他方、要求トルクは、車軸を駆動して車両を走行させるために必要なトルクと、車軸以外の外部負荷を稼働させるために必要なトルクとの和である。車両の走行に必要なトルクは、例えば、そのときのアクセル開度及びエンジン回転数等に基づいて推算することができる。ＥＣＵ０のメモリには予め、アクセル開度及びエンジン回転数等と、車両の走行に必要なトルクとの関係を規定したマップデータ、または関数式（必要トルクの算出式）が格納されている。ＥＣＵ０は、現在のアクセル開度及びエンジン回転数等をキーとしてマップデータを検索し、または現在のアクセル開度及びエンジン回転数を関数式に代入して、車両の走行に必要なトルクを得る。
【００３７】
加えて、車両の走行に必要なトルクは、そのときの内燃機関の温度（冷却水温により示唆される）及び／または駆動系の温度（作動液温により示唆される）に応じて補正することが好ましい。内燃機関の温度や駆動系の温度が低いほど、フリクションロスが増大するので、車両の走行に必要なトルクを高く補正する。さらに、車両の走行に必要なトルクを、車両が所在する路面の勾配や、車両の重量（搭乗者の体重及び積載荷重）に応じて補正してもよい。車両の走行に必要なトルクは、路面の上り勾配が大きいほど高くなり、下り勾配が大きいほど低くなる。車両の重量が大きいほど、必要なトルクが高くなることは言うまでもない。
【００３８】
外部負荷、具体的には発電機６３やエアコンディショナのコンプレッサ等の補機の稼働に必要なトルクは、例えば、そのときの発電機６３の出力電圧、コンプレッサの稼働時間（マグネットクラッチ６１に通電してクラッチ６１を接続している時間の割合）等に基づいて推算することができる。ＥＣＵ０のメモリには予め、発電機６３の出力電圧及びコンプレッサの稼働時間等と、これら補機の稼働に必要なトルクとの関係を規定したマップデータ、または関数式（必要トルクの算出式）が格納されている。ＥＣＵ０は、現在の発電機６３の出力電圧及びコンプレッサの稼働時間等をキーとしてマップデータを検索し、またはそれを関数式に代入して、外部負荷の稼働に必要なトルクを得る。
【００３９】
補機の既知の定格出力をそのときのエンジン回転数に基づいて補正することにより、当該補機の稼働に必要なトルクを推算してもよい。この場合、エンジン回転数が低いほど、補正量が大きくなる。エアコンディショナのコンプレッサの稼働に必要なトルクを、そのときの冷媒圧力等に応じて補正することもできる。
【００４０】
しかして、ＥＣＵ０は、車両の走行に必要なトルクと外部負荷の稼働に必要なトルクとの和である要求トルクと、そのときのエンジン回転数の条件下で内燃機関が出力し得る最大トルクとを比較（ステップＳ２）する。前者が後者を上回っている場合には、外部負荷である補機が内燃機関に与える負荷を軽減し、要求トルクを最大トルク以下に低下させるための制御（ステップＳ３）を行う。当該制御では、例えば、発電機６３による発電を一時的に休止し、若しくは発電機６３の出力電圧を一時的に引き下げたりする。及び／または、エアコンディショナのコンプレッサを一時的に停止させるべくマグネットクラッチ６１を切断し、若しくはマグネットクラッチ６１を接続している時間を短く（接続している時間の割合を小さく）する。発電機６３による発電の休止または出力電圧の引き下げのために必要であれば、電気負荷のうちの一部、例えばデフォッガやラジエータファン等の停止しても目立たないものを、一時的に停止させることも考えられる。
【００４１】
その上で、内燃機関が出力するトルクが要求トルクと釣り合うよう、気筒１に充填される吸気量及び燃料噴射量を調節する（ステップＳ４、Ｓ６）。吸気量の増減調節は、アイドルスピードコントロールバルブ３６の開度操作を通じて行う。
【００４２】
要求トルクを最大トルク以下に低下させるための制御（ステップＳ３）は、エンジン回転数が所定値または所定割合以上上昇するまで（ステップＳ５）継続する。
【００４３】
本実施形態では、車両に搭載された内燃機関及び内燃機関の出力を利用して作動する外部負荷を制御するものであって、エンジン回転数と当該エンジン回転数の条件下で内燃機関が出力し得る最大トルクとの関係を規定したデータを予めメモリに記憶保持し、車両の車速が所定以下である低車速領域において、運転者の操作及び外部負荷に基づく要求トルクが、前記データに規定されている現在のエンジン回転数の下での最大トルクよりも大きい場合に、外部負荷を低減させる制御を実行することを特徴とする制御装置０を構成した。
【００４４】
本実施形態によれば、低車速領域における車両の加速応答性を確保して、ドライバビリティを高めることができる。特に、ブレーキ装置による制動または回生制動から、その制動が解かれて車両が再加速する時期において、外部負荷を一時的に低減し、車両の円滑な加速を実現することが可能となる。
【００４５】
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、ステップＳ４及びＳ６にて、ＥＣＵ０が、アイドルスピードコントロールバルブ３６の開度を操作して気筒１に充填される吸気量を調節していたが、吸気通路３に電子スロットルバルブが実装されている代わりにバイパス流路３５及びアイドルスピードコントロールバルブ３６が実装されていない内燃機関にあっては、電子スロットルバルブの開度を操作して気筒１に充填される吸気量を調節することとなる。
【００４６】
その他、各部の具体的構成や処理の手順は、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。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、車両に搭載される内燃機関及び補機その他の外部負荷の制御に利用できる。
【符号の説明】
【００４８】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
３…吸気通路
３６…アイドルスピードコントロールバルブ
６１…外部負荷（冷媒圧縮コンプレッサ）駆動用のマグネットクラッチ
６３…外部負荷（発電機）
【図１】
2014163281.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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