(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラッチを介して内燃機関の回転トルクを伝達されるエアコン用のコンプレッサの負荷トルクに応じて出力を制御する内燃機関の出力制御装置において、
上記クラッチがオンしてから所定時間内は、上記負荷トルクを上記内燃機関の回転数と、上記コンプレッサの最大負荷トルクよりも所定量高い推定トルクを用いて推定することを特徴とする内燃機関の出力制御装置。
【請求項２】
上記クラッチがオンしてから所定時間経過後は、上記負荷トルクを上記コンプレッサから吐出された冷媒圧力に基づいて推定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の出力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エアコン等の空調装置とエンジンとを統合的に制御する内燃機関の出力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エアコン等の空調装置を有する車両においては、操作スイッチが操作されてエアコン作動指令があると、エアコン用のコンプレッサに対して内燃機関であるエンジンからの回転を連断するコンプレッサクラッチをオン状態とし、コンプレッサを回転駆動してエアコンを作動している。このため、エアコン作動時と非作動時ではエンジンにかかる負荷が大きく変動するので、エアコン作動時においてはエンジンの出力トルクが増大するように補正するのが一般的である。例えば、コンプレッサの負荷トルクに相関するコンプレッサから吐出される冷媒圧力を用いて負荷トルクを求め、この負荷トルクに応じて出力トルクの補正を行うものがある。このようにコンプレッサからの冷媒圧力に応じてエンジンの出力を制御する場合、冷媒圧力を検出する検出手段の応答遅れ等により、補正が遅れてしまいエンジンの出力トルクが不足してしまうことがある。
【０００３】
近年、内燃機関を理論空燃比より大幅にリーンな空燃比で運転して燃費の向上を図るようにした希薄燃焼内燃機関が実用化されている。このような希薄燃焼内燃機関では、アイドル運転を含む低負荷運転領域においてリーン空燃比でエンジンの出力トルクを抑えて運転するようにしている。ところが、希薄燃焼内燃機関でのリーン空燃比によるリーン運転時に、エアコンの操作スイッチがオンされると、エンジンはエアコン用のコンプレッサを作動させるためのトルクが必要となり、エンジン回転数を上昇させるとともに、リーン運転を禁止して強制的に理論空燃比によるストイキオ運転に変更するようにしており、燃費が低減してしまう。特に排気量が小さい車両やエンジンの出力が低い車両の場合、リーン運転期間が短くなってしまう。
【０００４】
そこで、特開平１１−８２０９２では、エアコンがオフからオンになると、オフ時のコンプレッサの吐出圧力（冷媒圧力）から、オン時のコンプレッサの負荷トルクを予測（推定）し、この予測値（推定値）に基づきエンジンのアイドル回転を補正するアイドル回転制御装置が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１１−８２０９２号で提案されている発明では、アイドル運転時を前提としており、これ以外の運転領域にそのまま適用すると、エアコンがオン／オフされた場合にエンジンの出力が不足することがある。
本発明は、運転領域の広い範囲においてコンプレッサの負荷トルクを精度よく推定し、それに応じて適切にエンジン出力を制御して燃費やドライバビリティーの向上を図れる内燃機関の出力制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、本発明にかかる内燃機関の出力制御装置は、クラッチを介して内燃機関の回転トルクが伝達されるエアコン用のコンプレッサの負荷トルクに応じて内燃機関の出力を制御するものであり、クラッチがオンしてから所定時間内においては、負荷トルクを内燃機関の回転数に基づいて推定する。
本発明によると、クラッチがオンしてエアコンが作動した直後等の冷媒圧力が安定しない所定時間内においては、コンプレッサの負荷トルクが内燃機関の回転数に基づいて推定されるので、冷媒圧力から負荷トルクを推定する場合よりもコンプレッサの負荷トルクが精度よく推定されるととともに、運転領域に関係なく精度の良い負荷トルクの推定が行える。
【０００７】
本発明にかかる内燃機関の出力制御装置は、クラッチがオンしてから所定時間内は、負荷トルクをコンプレッサの最大負荷トルクよりも所定量高い推定トルクを用いて推定するため、推定する負荷トルクが実際の負荷トルクを下回ることがない。本発明にかかる内燃機関の出力制御装置は、クラッチがオンしてから所定時間経過後は、負荷トルクをコンプレッサから吐出された冷媒圧力に基づいて推定する。このため、冷媒圧力が安定する所定時間経過後となると、実際の負荷トルクに近い負荷トルクを冷媒圧力から推定できるので、無駄な出力上昇を抑えられる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態を説明する。図１において、符号１で示す車両は、内燃機関であるエンジン２と、エンジン２の回転トルクをベルト３０とプーリー３１，３２で伝達されることで回転駆動するエアコン１０用のコンプレッサ３、エンジン２の回転数（以下、「エンジン回転数Ｎｅ」と記す）を検出する回転センサ４、コンプレッサ３から吐出された冷媒圧力を検出する冷媒圧センサ５、エンジン出力を制御する出力制御装置８を備えている。
【０００９】
プーリー３１はコンプレッサ３の図示しない回転軸と一体回転するように設けられ、プーリー３２はエンジン２の図示しないクランク軸と一体的に回転するように設けられている。プーリー３１には、エンジン２からコンプレッサ３への回転を連断する電磁式のコンプレッサクラッチ３３が設けられている。このコンプレッサクラッチ３３は、オン状態のときにエンジン２からの回転をコンプレッサ３に伝達してコンプレッサ３を回転駆動し、オフ状態のときにエンジン２からコンプレッサ３への回転を切断してコンプレッサ３を停止状態とする。
【００１０】
エアコン１０は、クーラー（冷房・除湿機能）、ヒーター（暖房機能）、周知の換気機能を有している。クーラーは、冷媒の気化と液化による熱交換によって行われるものである。コンプレッサ３の吐出側には、エバポレータ１４に一端が接続する媒体配管１６の他端が連結されている。冷媒配管１６には、コンプレッサ３側から、コンデンサ１１、レシーバ１２、膨張弁１３、エバポレータ１４がこの順序で配置されている。膨張弁１３及びエバポレータ１４は、クーリングユニット１５を構成している。本形態では、レシーバ１２に冷媒圧センサ５を配置しており、コンデンサ１１を通った冷媒圧力、すなわち、コンプレッサ３から吐出された高圧の冷媒圧力Ｐを検出するように構成している。冷媒圧センサ５の配置場所は、コンプレッサ３から膨張弁１３までの冷媒配管１６上であればよく、レシーバ１２に限定されるものではない。冷媒配管１６の外側には、エバポレータ１５に導入された冷媒をコンプレッサ３に戻す冷媒配管１７が、エバポレータ１５とコンプレッサ３の吸入側とにその両端がそれぞれ連結されて配置されている。
【００１１】
このため、低圧ガス状の冷媒はコンプレッサ３によって圧縮されて高温高圧のガスとなり、コンデンサ１１で走行風やラジエータファン１９によって冷却されて液化され、高圧液状の冷媒が膨張弁１３によって急激に膨張して霧化し易くなり、エバポレータ１４で周囲のフィンから熱を奮ってガス状冷媒となる。冷媒は、この気化の際に熱を大量に奪って冷却を行い、再び低圧ガス状の冷媒となって冷媒通路１７を通ってコンプレッサ３に戻される。
【００１２】
エンジン２の図示しないウォータジャケットには、冷却水循環経路を介してラジエータ１８とエアコンのヒータコア２０が連結している。ラジエータ１８及びヒータコア２０の近傍には、ラジエータファン１９とブロアファン２１がそれぞれ配設されている。このため、ヒーターは、ブロワファン２１の風によってエンジン２からの冷却水で温められるヒータコア２０から熱を奪うことで温風を発生し、車室内の暖房として利用する。ヒーターとクーラーの切り換えは、車室内のインストルメンタルパネル等に設置される操作スイッチとしてのエアコンスイッチ９の操作によって切り換える。
【００１３】
出力制御装置８は、冷媒圧センサ５からの圧力情報Ｐに基づきコンプレッサ３の第１負荷トルク（Ｓ−ＣＰＴ１）を推定する第１コンプレッサトルク推定手段Ｍ１と、回転センサ４からのエンジン回転数Ｎｅに基づき、少なくとも第１負荷トルク（Ｓ−ＣＰＴ１）よりも高い負荷トルク（Ｓ−ＣＰＴ２）を推定する第２コンプレッサトルク推定手段Ｍ２を有するエアコン制御用のコントローラとしてのエアコンＥＣＵ６及び、主にエンジンの各動作を制御するエンジンコントローラとしてのエンジンＥＣＵ７を備えている。
【００１４】
出力制御装置８を構成するエンジンＥＣＵ７には、回転センサ４、コンプレッサクラッチ３３、図示しないエンジンの燃料噴射系、アクセル開度センサ、エアーフローセンサ等が接続されており、これらセンサ類からの検出情報に基づいて演算された燃料噴射量や点火時期等の最適値により、適正量の燃料が適正なタイミングでエンジン２の各気筒内に噴射され、点火プラグによって適正なタイミングで点火が実施される。
エンジンＥＣＵ７には、エアコンＥＣＵ６が接続されている。エアコンＥＣＵ６には、コンプレッサ３、冷媒圧センサ５、エアコンスイッチ９とともに、エアコン等の運転状態を表示する表示部としてのモニター２２が接続されている。
【００１５】
図２に示すように、エアコンＥＣＵ６には、エアコンスイッチ９のオン／オフ情報等のＡ／Ｃ操作信号と、冷媒圧センサ５からの冷媒圧力Ｐが送られ、エンジンＥＣＵ７には、回転センサ４からのエンジン回転数Ｎｅが送られる。エンジンＥＣＵ７からエアコンＥＣＵ６には、コンプレッサクラッチ信号とエンジン回転数Ｎｅが送られ、エアコンＥＣＵ６からエンジンＥＣＵ７には、クーラーのオン状態となったことを知らせるＡ／Ｃ信号と、エアコンＥＣＵ６側で推定する各推定コンプレッサトルク（Ｓ−ＣＰＴ１、Ｓ−ＣＰＴ２）が送られる。
【００１６】
エアコンＥＣＵ６では、エンジン回転数Ｎｅに、プーリー３１，３２のプーリー比を掛けてＡ／Ｃオン時のコンプレッサの回転数（Ｃ−ｒｐｍ）を算出する。エアコンＥＣＵ６が有する第１コンプレッサトルク推定手段Ｍ１は、図３に示すように、縦軸を推定コンプレッサトルク、横軸を冷媒圧力としたマップであって、冷媒圧力Ｐに応じた第１推定トルク（Ｓ−ＣＰＴ１）を選択するためのものである。このマップは、予めエアコンＥＣＵ６の図示しないメモリに記憶されている。
【００１７】
エアコンＥＣＵ６が有する第２コンプレッサトルク推定手段Ｍ２は、図５に示すように、縦軸を推定コンプレッサトルク、横軸に起動時のコンプレッサ３の回転数（Ｃ−ｒｐｍ）を示したマップであって、予めエアコンＥＣＵ６の図示しないメモリに記憶されている。
このマップには、第１推定トルク（Ｓ−ＣＰＴ１）よりも高く、破線で示すコンプレッサ３の最大負荷トルク（Ｔ−ｍａｘ）よりも所定量Ｘ（５％〜１０％）高い第２推定トルク（Ｓ−ＣＰＴ２）が記憶されている。図５において、所定量Ｙは、エアコンＥＣＵ６がエンジン回転数Ｎｅを読み込んでからコンプレッサクラッチ３３が作動するまでの遅れ時間に、増加すると推定されるエンジン回転数Ｎｅの変化量を示している。所定量Ｙを適宜設定することにより、所定量Ｘは一義的に決められる。このようにすると、遅れ時間内にエンジン回転数Ｎｅが変動したとしても、コンプレッサクラッチ３３がオンする時のコンプレッサ３の最大負荷トルク（Ｔ−ｍａｘ）を下回ることなく推定することができるので、エンジン２の出力を十分に確保することができる。また、コンプレッサ回転数（Ｃ−ｒｐｍ）がある回転以上になると、第２推定トルク（Ｓ−ＣＰＴ２）が略一定となるのは、コンプレッサクラッチ３３の伝達トルク性能を超えるためである。
【００１８】
このような構成の出力制御装置８による制御の一例を図４に示すフローチャートを基に説明する。
ステップＳ１においてドライバーがエアコンスイッチ９を操作してオン状態となると、ステップＳ２においてエンジン回転数Ｎｅと冷媒圧力Ｐの読み込みを行いステップＳ３に進む。ステップＳ３でＡ／Ｃ信号がオンしている場合には、ステップＳ４に進んでコンプレッサクラッチ信号が判断され、ここでオンしているとステップＳ５に進んでクラッチオン後所定時間ｔ１経過しているか否かが判断される。この判断時に、クラッチオン後所定時間ｔ１経過している場合にはステップＳ６に進んで、図３に示すマップにより冷媒圧力Ｐから第１推定トルク（Ｓ−ＣＰＴ１）となる安定時トルクを推定し、ステップＳ８に進む。
【００１９】
ステップＳ３において、Ａ／Ｃ信号がオンしていない場合や、ステップＳ４においてコンプレッサクラッチ信号がオンしていない場合、あるいはステップＳ５でクラッチオン後所定時間ｔ１経過していない場合には、ステップＳ７に進んで、図５に示すマップよりエンジン回転数Ｎｅから第２推定トルク（Ｓ−ＣＰＴ２）となる起動時トルクを推定してステップＳ８に進む。
【００２０】
ステップＳ１において、エアコンスイッチ９がオンしてなければ、ステップＳ１０に進んでＡ／Ｃ信号のオフ状態が判断される。ここでエアコンスイッチ９がオフでないと判断した場合には、ステップＳ１１においてＡ／Ｃ信号をオフしてステップＳ８に進む。ステップＳ８では、エアコンＥＣＵ６側で推定された各推定コンプレッサトルク（Ｓ−ＣＰＴ１、Ｓ−ＣＰＴ２）に応じてエンジン２の出力をエンジンＥＣＵ７で制御し、ステップＳ９に進んでコンプレッサクラッチ３３の動作を制御する。
【００２１】
図６は、縦軸をコンプレッサ３の実負荷トルク（ＣＰトルク）、横軸を時間（ｔ）としたマップであって、コンプレッサ３の経時的なトルク変動を示す特性図である。図６に示すように、コンプレッサクラッチ３３がオン（クラッチオン）された直後において、コンプレッサ３の実負荷トルク（ＣＰトルク）が、最大負荷トルク（Ｔ−ｍａｘ）近傍まで急激に高くなることがある。この急激な立ち上がりは、コンプレッサクラッチ３３がオンしてから膨張弁１３が応答するまで時間差があることから生じるものであり、コンプレッサ３の回転速度に略比例して冷媒配管１６内の内圧が上昇するためであると思われる。このため、本発明では、コンプレッサクラッチ３３がオンしていても所定時間ｔ１だけは、エンジン回転数Ｎｅから推定した第２推定トルク（Ｓ−ＣＰＴ２）を用いてエンジン２の出力を制御する。そして、所定時間ｔ１経過後、すなわち、図６に示す起動時に起こる過度な負荷トルクの上昇が終わって負荷トルクが落ち着く安定時には、安定した冷媒圧力Ｐを基にした第１推定トルク（Ｓ−ＣＰＴ１）を推定し、この推定トルクを用いてエンジン２の出力を制御する。第１推定トルク（Ｓ−ＣＰＴ１）は、安定時のコンプレッサ３の実負荷トルク（ＣＰトルク）と略同一の値である。
【００２２】
このように、コンプレッサクラッチ３３がオンしてエアコン作動直後等の冷媒圧力Ｐが安定しない所定時間ｔ１内においては、この安定しない冷媒圧力を用いて負荷トルクを推定せずに、信頼のあるエンジン回転数Ｎｅに基づいて第２負荷トルク（Ｓ−ＣＰＴ２）を推定するので、コンプレッサ３の負荷トルクを精度よく推定することができ、運転領域に関係なく精度の良い負荷トルクの推定を行える。さらに、本形態では第２負荷トルク（Ｓ−ＣＰＴ２）は、コンプレッサ３で発生する最大負荷トルク（Ｔ−ｍａｘ）よりも高いので、所定時間ｔ１内においては推定する負荷トルクが実際の負荷トルクを下回ることがない。
【００２３】
コンプレッサクラッチ３３がオンしてから所定時間ｔ１経過後は、その変動が安定した冷媒圧力Ｐに基づいて第１推定トルク（Ｓ−ＣＰＴ１）を推定するため、実際の負荷トルクに近い負荷トルクを冷媒圧力Ｐから推定できる。すなわち、エアコン作動直後の冷媒圧力Ｐが不安定な時期（所定期間ｔ１内）には、第２推定トルク（Ｓ−ＣＰＴ２）を用いてエンジン出力を補正制御するので、エンジン出力が低下し過ぎることがなくなる。所定時間ｔ１が経過して冷媒圧力Ｐが安定してくると、冷媒圧力Ｐから求めたコンプレッサ３の実負荷トルク（ＣＰトルク）に対応する第１推定トルク（Ｓ−ＣＰＴ１）に制御値を切り換えてエンジン出力を補正制御するので、エンジン出力が必要以上に高くなるのが抑えられ、燃費向上となる。このため、運転領域の広い範囲においてコンプレッサ３の負荷トルクを精度よく推定し、それに応じて適切にエンジン出力を制御でき、燃費やドライバビリティーを向上することができる。
【００２４】
本形態において、第２推定トルク（Ｓ−ＣＰＴ２）は、最大負荷トルク（Ｔ−ｍａｘ）よりも高くなっているが、少なくとも第１推定トルク（Ｓ−ＣＰＴ１）よりも高ければよく、最大負荷トルク（Ｔ−ｍａｘ）と略同等なトルクであっても無論構わない。第１コンプレッサトルク推定手段Ｍ１及び第２コンプレッサトルク推定手段Ｍ２は、エアコンＥＣＵ６に備えられているが、エンジンＥＣＵ７が備えた形態であってもよい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、クラッチがオンしてエアコンが作動した直後等の冷媒圧力が安定しない所定時間内においては、コンプレッサの負荷トルクが内燃機関の回転数に基づいて推定されるので、冷媒圧力から負荷トルクを推定する場合よりもコンプレッサの負荷トルクが精度よく推定されるととともに、運転領域に関係なく精度の良い負荷トルクの推定が行え、適切にエンジン出力を制御でき、燃費やドライバビリティーを向上することができる。
本発明によれば、クラッチがオンしてから所定時間内は、負荷トルクをコンプレッサの最大負荷トルクを用いて推定するため、推定する負荷トルクが実際の負荷トルクを下回ることがなく、より適切にエンジン出力を制御でき、燃費やドライバビリティーを向上することができる。
本発明によれば、クラッチがオンしてから所定時間経過後は、負荷トルクをコンプレッサから吐出された冷媒圧力に基づいて実際の負荷トルクに近い負荷トルクを推定するので、無駄な出力上昇を抑えられ、より適切にエンジン出力を制御でき、燃費やドライバビリティーを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる内燃機関の出力制御装置と、それを有する車両の概略構成図である。
【図２】出力制御装置の構成と信号の流れを示すブロック図である。
【図３】第１コンプレッサトルク推定手段によって推定される第１推定トルクの特性を示す線図である。
【図４】本発明にかかる出力制御の一例を示すフローチャートである。
【図５】第２コンプレッサトルク推定手段によって推定される第２推定トルクの特性を示す線図である。
【図６】コンプレッサのトルク変動の一例を示す線図である。
【符号の説明】
２                内燃機関
３                エアコン用のコンプレッサ
８                出力制御装置
３３              クラッチ
Ｎｅ              内燃機関の回転数
Ｐ                冷媒圧力
Ｓ−ＣＰＴ１      冷媒圧力から推定した負荷トルク
Ｓ−ＣＰＴ２      内燃機関の回転数から推定した負荷トルク
ｔ１              所定時間
Ｔ−ｍａｘ        最大負荷トルク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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