(57)【要約】【課題】大気圧が低い環境下における、内燃機関のアイドル回転数のハンチングを抑止する。【解決手段】内燃機関から回転トルクの伝達を受けて稼働する補機を制御するものであって、内燃機関のアイドル運転中、現在のエンジン回転数及び大気圧に基づいて当該補機の内燃機関に対する負荷の出力を調整する制御装置を構成した。これにより、低大気圧の環境下において、アイドル回転の維持に必要なトルクを超える余剰のエンジントルクを補機の稼働に費やし、アイドル回転の加速を抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から回転トルクの伝達を受けて稼働する補機を制御するものであって、
内燃機関のアイドル運転中、現在のエンジン回転数及び大気圧に基づいて前記補機の内燃機関に対する負荷を調整する制御装置。
【請求項２】
大気圧が所定値以上の領域では、大気圧が低くなるほど前記補機の負荷を増大させる一方、
大気圧が所定値未満の領域では、大気圧が低くなるほど前記補機の負荷を減少させる請求項１記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から回転トルクの伝達を受けて発電する発電機を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、車両の燃費性能のさらなる向上を目的として、車両に搭載される内燃機関や駆動系における機械的損失の低減が図られている。
【０００３】
その結果、アイドリング時に内燃機関の回転を維持するために必要なエンジントルクが小さくなってきている。そして、高地に代表される大気圧が低い環境下では、背圧即ち排気通路内の圧力が低下することもあり、必要トルクがさらに小さくなる。
【０００４】
このため、大気圧の低い環境下では、スロットルバルブ（または、アイドルスピードコントロールバルブ）の開度を下限まで絞っているにもかかわらず、必要トルク以上のエンジントルクが出力されて、アイドル回転数が上昇してしまう。
【０００５】
アイドル回転数が目標回転数を上回った場合、燃料噴射を一時中断する燃料カットを実施することとなる（例えば、下記特許文献を参照）が、燃料カットによりアイドル回転数が一旦低下したとしても、燃料噴射を再開すればこれが再び上昇することは避けられない。従って、燃料カットが断続的に発生し、アイドル回転数が上昇と下降とを繰り返すハンチングを起こして、ドライバビリティに悪影響を及ぼすことがあった。
【０００６】
低大気圧の環境下でのアイドル回転数のハンチングの問題は、特に、内燃機関のクランクシャフトと車軸との間に介在するクラッチが切断されるＮレンジでの停車中に生じやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−０８７７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、高地に代表される大気圧が低い環境下におけるアイドル回転数のハンチングを抑止することを所期の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するべく、本発明では、内燃機関から回転トルクの伝達を受けて稼働する補機を制御するものであって、内燃機関のアイドル運転中に現在のエンジン回転数及び大気圧に基づいて前記補機の内燃機関に対する負荷を調整する制御装置を構成した。
【００１０】
即ち、低大気圧の環境下において、内燃機関に従動する補機の負荷を増大させることにより、必要トルクを超える余剰のエンジントルクを補機の駆動に費やすようにしたのである。このようなものであれば、内燃機関のアイドル回転の加速を抑制することが可能となる。
【００１１】
前記補機の負荷は、大気圧が所定値以上の領域では大気圧が低くなるほど増大させるが、大気圧が所定値未満の領域では大気圧が低くなるほど減少させることが好ましい。大気圧が非常に低い場合には、内燃機関の気筒に充填される吸気の量も顕著に減少し、内燃機関が余剰のエンジントルクを出力することが困難となるからである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、大気圧が低い環境下におけるアイドル回転数のハンチングを抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。
【図２】同実施形態における発電システムを示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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、火花点火式の４ストローク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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。
【００１８】
車両に搭載される発電システムに関して述べる。発電機（オルタネータまたはモータジェネレータ）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出力軸である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、発電した電力を車載バッテリ１２０に充電し、または車両に実装されている各種の電気負荷（照明灯、電動パワーステアリング装置、ラジエータファン、送風用ブロワ、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。図示せず）に給電する。
【００１９】
図２に、発電システムの等価回路を示す。発電機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、ダイオードを用いてなる整流器１１３によって直流電流とした上でバッテリ１２０に蓄電する。
【００２０】
レギュレータ１３０は、発電機１１０に付随し、発電機１１０が発電して出力する電圧の大きさを制御するＩＣ式のものである。レギュレータ１３０は、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（電力用半導体素子）を用いた切替回路１３１を介してフィールドコイル１１２に通電する。
【００２１】
レギュレータ１３０の電圧制御回路１３２は、制御装置たるＥＣＵ０から発電機１１０の目標電圧を指令する信号ｌを受け付け、バッテリ１２０の端子電圧をその指令された目標電圧に追従させるべく、パワーデバイス１３１をスイッチ動作させるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行う。発電機１１０の出力電圧、即ち発電機１１０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１１２を流れる励磁電流のＤＵＴＹ比であるｆＤＵＴＹに比例して大きくなる。発電機１１０による発電量、換言すればバッテリ１２０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】
発電機１１０は、内燃機関から見れば機械的な負荷となる。発電機１１０の出力電圧がバッテリ１２０の端子電圧を超越するとき、バッテリ１２０が充電され、かつ発電機１１０から電気負荷に電力が供給される。つまり、発電機１１０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。その分、内燃機関のクランクシャフトから車両の駆動系ひいては車軸（駆動輪）に供給されるエンジントルクが減少する。バッテリ１２０への充電量及び電気負荷への給電量は、発電機１１０の出力電圧とバッテリ１２０電圧との電位差に依存する。
【００２３】
逆に、発電機１１０の出力電圧がバッテリ１２０電圧に満たないか、バッテリ１２０電圧に近いときには、バッテリ１２０が充電されず、また発電機１１０から電気負荷に電力が供給されない（バッテリ１２０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１１０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。その分、内燃機関のクランクシャフトから駆動系及び車軸に供給されるエンジントルクが増大する。
【００２４】
要するに、ＥＣＵ０からレギュレータ１３０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１１０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１１０の機械負荷が減る。
【００２５】
内燃機関及び発電機１１０の運転制御を司る制御装置たる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。
【００２６】
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、内燃機関の温度を示唆する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、大気圧を検出する大気圧センサから出力される大気圧信号ｆ、バッテリ１２０に対して流出入する電流及びバッテリ１２０の端子電圧を検出するセンサから出力されるバッテリ電流・電圧信号ｇ、レギュレータ１３０の内蔵回路１３３から出力されるフィールド電流の通電／遮断（パワーデバイス１３１の点弧／消弧）の波形を示す信号ｈ等が入力される。
【００２７】
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、発電機１１０の出力電圧を制御する電圧レギュレータ６５に対して電圧指令信号ｌ、ＥＧＲバルブ３２に対して開度操作信号ｍ等を出力する。
【００２８】
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、発電機１１０の出力電圧、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ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、ｌ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。
【００２９】
しかして、本実施形態のＥＣＵ０は、運転者によるアクセルペダルの踏込量（アクセル開度、要求負荷）が０またはほぼ０であるアイドリング時に、現在のエンジン回転数及び大気圧に基づいて発電機１１０の出力を調整することにより、アイドリングのエンジン回転数即ちアイドル回転数を所望の目標回転数近傍に維持する。
【００３０】
アイドル運転中、ＥＣＵ０は、大気圧が低いほど発電機１１０の発電量つまりは出力電圧を上昇させ、大気圧が高いほど発電機１１０の出力電圧を低下させる。但し、大気圧が所定値未満の領域では、大気圧が低いほど発電機１１０の出力電圧を低下させる。これは、大気圧が非常に低い場合、内燃機関の気筒１に充填される吸気の量も顕著に減少し、内燃機関が余剰のエンジントルクを出力することが困難となることによる。
【００３１】
また、ＥＣＵ０は、アイドル回転数が高いほど発電機１１０の出力電圧を上昇させ、アイドル回転数が低いほど発電機１１０の出力電圧を低下させる。
【００３２】
ＥＣＵ０のメモリには予め、アイドル回転数及び大気圧と発電機１１０の出力電圧との関係を規定したマップデータまたは関数式が格納されている。ＥＣＵ０は、現在のアイドル回転数及び大気圧をキーとして当該マップを検索するか、現在のアイドル回転数及び大気圧を当該関数式に代入して、設定するべき出力電圧の大きさを知得する。そして、発電機１１０を、当該出力電圧を出力する状態に制御する。
【００３３】
アイドリング時の大気圧の高低に応じた発電機１１０の出力電圧の調整は、大気圧がある値よりも低く（低大気圧の環境下であり）、かつ気筒１に充填される吸気量が所定量以下であることを条件として実施する。また、アイドリング時、大気圧の高低に応じたスロットルバルブ３２（または、アイドルスピードコントロールバルブ）の開度の補正を同時に行う。即ち、大気圧が低いほど、アイドル運転中のスロットルバルブ３２の開度を拡大させる。
【００３４】
本実施形態では、内燃機関から回転トルクの伝達を受けて発電する補機である発電機１１０を制御するものであって、内燃機関のアイドル運転中、現在のエンジン回転数及び大気圧に基づいて発電機の出力を調整する制御装置０を構成した。
【００３５】
本実施形態によれば、高地に代表される低大気圧の環境下において、内燃機関に従動して発電する発電機１１０の出力を平地よりも増大させ、アイドル回転の維持に必要なトルクを超える余剰のエンジントルクを発電に費やして、内燃機関の回転の加速を抑制することができる。従って、高地においてスロットルバルブ３２（または、アイドルスピードコントロールバルブ）の開度を下限まで絞っているにもかかわらずアイドル回転数が上昇してしまう問題が解消され、断続的な燃料カットを伴うアイドル回転数のハンチングを回避でき、ドライバビリティが高く保たれる。
【００３６】
また、発電機１１０が発電する電力はバッテリ１２０に充電して回収し、以後の電装系の駆動に用いることができるので、余剰のエンジントルク（及び、消費燃料）が無駄とならない。
【００３７】
加えて、補機の負荷即ち発電機１１０の出力を、大気圧が所定値以上の領域では大気圧が低くなるほど増大させる一方、大気圧が所定値未満の領域では大気圧が低くなるほど減少させるようにしているため、大気圧が非常に低く内燃機関が余剰のエンジントルクを出力できない状況においても、アイドル回転数を所望の目標回転数に近づけることができる。
【００３８】
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。特に、内燃機関のアイドル運転中にエンジン回転数及び大気圧に応じて負荷を調整する対象の補機は、発電機１１０には限定されない。例えば、内燃機関から回転トルクの伝達を受けて稼働し流体を加圧または圧縮するコンプレッサを制御対象の補機とし、制御装置たるＥＣＵ０がこの補機の出力即ち内燃機関に対する負荷を増減させるものとしてもよい。
【００３９】
その他各部の具体的構成は、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】
【００４０】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関及びこれに付帯した発電機の制御に適用できる。
【符号の説明】
【００４１】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
３…吸気通路
３２…スロットルバルブ
１１０…補機（発電機）
１１２…コイル（フィールドコイル）
１３０…レギュレータ
【図１】
2016011635.tif 000003
【図２】
2016011635.tif 000004