JP6024700B2 - エンジン回転速度制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、アイドル運転時のエンジン回転速度を目標回転速度に近づけるようにエンジントルクをフィードバック補正するエンジン回転速度制御装置に関する。

従来、上記のような制御装置として、特許文献１に記載の装置が知られている。同文献に記載の装置では、エンジンの運転状態に応じて演算された要求トルクに、目標回転速度に対するエンジン回転速度の偏差に応じたフィードバック補正を行うことで、アイドル運転時のエンジン回転速度のフィードバック制御、いわゆるＩＳＣ（Idol Speed Control）フィードバックを行っている。また、空調用の冷媒を圧縮するコンプレッサーの動作時には、その駆動負荷分のトルク（以下、ＡＣ負荷トルクと記載する）を求めてエンジンの要求トルクを更に補正することで、エンジンの回転変動を抑えている。

特開２００３−２１４２３１号公報

ところで、コンプレッサーの駆動状態、停止状態の切換過渡期における上記ＡＣ負荷トルクには、冷媒の状態によって大きいばらつきがあるため、切換過渡期の実際のＡＣ負荷トルクが見込みから大きく乖離することがある。こうした切換過渡時のＡＣ負荷トルクのばらつきによるエンジンの回転変動を抑えるには、上記乖離分のエンジントルクの補償を速やかに実施可能なように、エンジントルクのフィードバックゲインを大きくする必要がある。しかしながら、そうした場合には、切換過渡期以外の通常のＩＳＣフィードバックでは、フィードバックゲインが過大となり、過応答が生じて、エンジンストールやエンジン回転速度の吹き上がりなどを招いてしまう。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、アイドル運転時のエンジン回転速度のフィードバック制御の過応答を招くことなく、コンプレッサーの駆動状態、停止状態の切換過渡期におけるエンジンの回転変動を好適に抑制することのできるエンジン回転速度制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するエンジン回転速度制御装置は、空調用の冷媒を圧縮するコンプレッサーを駆動するエンジンのアイドル運転時のエンジントルクを、同エンジンの回転速度と目標回転速度との偏差に応じてフィードバック補正している。そして、エンジンのアイドル安定時にコンプレッサーの駆動状態と停止状態とが切り換えられるとき、その切り換えの開始からの規定の期間において、コンプレッサーの負荷トルクを演算して、エンジントルクの要求値をその負荷トルクに応じて補正することが行われる。そして、このときの負荷トルクの演算値を、エンジンの回転速度と目標回転速度との偏差に応じてフィードバック補正し、コンプレッサーが停止状態から駆動状態へ切り替えられる場合の規定の期間を、コンプレッサーが駆動状態から停止状態へ切り替えられる場合の規定の期間よりも長くする。

こうしたエンジン回転速度制御装置では、エンジンのアイドル安定時にコンプレッサーの駆動状態と停止状態とが切り換えられるとき、その切り換えの開始からの規定の期間において、コンプレッサーの負荷トルクを演算して、フィードバック補正を行う前のエンジントルクの要求値をその負荷トルクに応じて補正するようにしている。このとき、負荷トルクの演算値が実際の値から乖離していれば、エンジンの回転速度が目標回転速度から乖離してしまう。そして、アイドル安定時に上記切り換えが行われたときに生じるエンジンの回転速度と目標回転速度との乖離は、その大部分が上記負荷トルクの演算値の乖離によるものと考えられる。したがって、エンジンの回転速度と目標回転速度との偏差に応じて負荷トルクの演算値をフィードバック補正すれば、負荷トルクの演算値を実際の値に近づけることが可能となる。

上記エンジン回転速度制御装置では、冷媒の状態によって負荷トルクのばらつきが大きくなる、コンプレッサーの駆動状態と停止状態との切換過渡期において、上記負荷トルクの演算値のフィードバック補正が行われる。そのため、負荷トルクのばらつきによる回転変動を好適に抑制できる。しかも、そうした負荷トルクの演算値のフィードバック補正は、切換過渡期にのみ行われるため、平時のＩＳＣフィードバックには影響を与えない。更に、上記負荷トルクの演算値のフィードバック補正によれば、負荷トルクのばらつきの影響分のみを直接補償することができる。そのため、負荷トルクのばらつきに起因したエンジンの回転変動を抑制するためのエンジントルクのフィードバック補正を高精度に行うことができる。

したがって、アイドル運転時のエンジン回転速度のフィードバック制御の過応答を招くことなく、コンプレッサーの駆動、停止の切換過渡期におけるエンジンの回転変動を好適に抑制することができる。

なお、実際のＡＣ負荷トルクが負となることはない。そのため、上記負荷トルクの演算値のフィードバック補正後の値に、その値が負の値とならないように下限値を設定することが望ましい。こうした場合、誤フィードバックによるエンジン回転速度ＮＥの過剰低下が抑えられて、エンジンストールへの耐性が高まるようになる。

ちなみに、上記負荷トルクのフィードバック補正は、吸入空気量の調整にかかる負荷トルクの要求値と点火時期の調整にかかる負荷トルクの要求値とに振り分けて行うことが考えられる。そうした場合、吸入空気量の調整にかかる負荷トルクの要求値へのフィードバック補正の振り分け分が、同フィードバック補正の総量から規定のリザーブトルクを減じた値を超えないようにすることが望ましい。

そうした場合、点火時期の進角による上記リザーブトルク分のエンジントルクの増加代が維持されるように、切換過渡期のエンジントルク制御が行われる。そのため、突然のエンジントルクの低下が何時発生しても、点火時期の進角により直ちに対応できるようにしておくことが可能となり、エンジンストールへの耐性が更に高められるようになる。

なお、上記負荷トルクは、例えばコンプレッサー前後の冷媒の圧力差から推定して演算することができる。また、エンジンのアイドル安定時は、例えばアクセル操作量が「０」であり、前記エンジンの冷却水温が一定値以上であって、かつコンプレッサー以外の補機が定常動作しているとき、とすることができる。

エンジン回転速度制御装置の一実施形態の構成を模式的に示す略図。 同回転速度制御装置が適用されるエンジンの補機として設けられた空調用の容量可変型斜板式コンプレッサーの構成を模式的に示す断面図。 同回転速度制御装置において実施される、ＩＳＣフィードバックの処理の流れを示すブロック図。 同回転速度制御装置において実施される、ＡＣ制御トルクの演算にかかる処理の流れを示すブロック図。 同回転速度制御装置において実施される、将来トルクおよび直近トルクのＡＣ負荷補正にかかる処理の流れを示すブロック図。 同回転速度制御装置における、ガード処理後のＡＣ負荷トルクの空気量ＦＢ補正量および点火ＦＢ補正量によるＡＣ制御トルクの補正範囲を示すグラフ。 同回転速度制御装置において実施される、初期リザーブトルクおよび切換過渡制御の実施期間の設定にかかる処理の手順を示すフローチャート。 同回転速度制御装置における、液溜まりが発生している場合のコンプレッサーの停止から駆動への切換過渡期の制御態様の一例を示すタイムチャート。

以下、エンジン回転速度制御装置の一実施形態を、図１〜図８を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の回転速度制御装置が適用されるエンジン１０は、その燃焼室１１に吸入される吸気を流すための吸気通路１２と、燃焼室１１での燃焼により発生した排気を流すための排気通路１３とを備える。吸気通路１２には、上流側から順に、吸気を浄化するエアクリーナー１４、吸気通路１２の吸気の流量（吸入空気量ＧＡ）を検出するためのエアフローメーター１５、吸入空気量ＧＡを調整するため、吸気通路１２における吸気の流路面積を可変とする電子制御スロットル１６、吸気中に燃料を噴射するインジェクター１７が設けられている。また、燃焼室１１には、その内部に吸入された吸気とインジェクター１７から噴射された燃料との混合気を着火させるための点火プラグ１８が設置されている。さらに、排気通路１３には、排気の酸素濃度を、ひいては燃焼室１１で燃焼された混合気の空燃比を検出する空燃比センサー１９と排気を浄化するための触媒装置２０とが設置されている。

一方、エンジン１０の出力軸であるクランクシャフト２１には、その回転位相を、ひいてはその回転速度（エンジン回転速度ＮＥ）を検出するクランク角センサー２２が設置されている。また、クランクシャフト２１には、巻き掛け伝動機構２３を介して、空調用の冷媒を圧縮するコンプレッサー２４が駆動連結されている。

こうしたエンジン１０は、電子制御ユニット２５により制御されている。電子制御ユニット２５は、エンジン制御のための各種演算処理を行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）、制御用のプログラムやデータが記憶された読込専用メモリー（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果やセンサーの検出結果などを一時的に記憶するランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）、外部との信号の送受のためのインターフェイス（Ｉ/Ｏ）を備える。

電子制御ユニット２５のＩ/Ｏには、上述のエアフローメーター１５、空燃比センサー１９、クランク角センサー２２など、エンジンの動作状況を検出するための各種センサーが接続されている。Ｉ/Ｏに接続された、それら以外のセンサーとしては、電子制御スロットル１６の開度を検出するスロットルセンサー２６、アクセルペダル２７の踏み込み量（アクセル操作量ＡＣＣＰ）を検出するアクセルペダルセンサー２８などがある。また、コンプレッサー２４から吐出された冷媒の圧力を検出する冷媒圧センサー２９、エバポレーター通過後の冷媒の温度（エバポ後温）を検出するエバポ後温センサー３０もＩ/Ｏに接続されている。

さらに、電子制御ユニット２５のＩ／Ｏには、上述の電子制御スロットル１６やインジェクター１７、点火プラグ１８に供される高圧電流を発生するイグナイター３１など、エンジン１０を動作させるための各種アクチュエーターの駆動回路も接続されている。また、電子制御ユニット２５のＩ/Ｏには、車内ネットワークの通信回線３２が接続されており、この通信回線３２を介して、外部の空調制御ユニット３３との通信が可能とされている。

図２に、上述のコンプレッサー２４の構成を示す。同図に示されるように、コンプレッサー２４は、斜板式可変容量型の圧縮機として構成されている。
すなわち、コンプレッサー２４は、そのハウジング３４に回転可能に軸支された回転軸３５を有する。この回転軸３５は、上述の巻き掛け伝動機構２３を介して、エンジン１０のクランクシャフト２１に駆動連結されている。また、ハウジング３４の内部には、クランク室３４Ａと、そのクランク室３４Ａに連通するシリンダー３６が形成されている。

クランク室３４Ａには、斜板３７が配設されている。斜板３７は、一体回転可能、かつ傾動可能に回転軸３５に支持されている。また、シリンダー３６には、ピストン３８がその内部を往復動可能に配設されている。そして、シリンダー３６の内部には、冷媒を加圧するための加圧室３９がピストン３８により区画形成されている。

ピストン３８は、斜板３７からの押圧を受けてシリンダー３６内を往復動することで、加圧室３９に導入された冷媒を加圧する。このときのピストン３８の往復動のストロークは、斜板３７の傾斜角φにより変化し、それによりコンプレッサー２４の容量が可変とされる。なお、以下では、斜板３７の傾斜角φを、回転軸３５の軸線に直交する平面に対する角度として説明する。

斜板３７の傾斜角φは、ピストン３８のクランク室３４Ａ側と加圧室３９側との圧力のバランスにより変化するようになっている。すなわち、ピストン３８のクランク室３４Ａ側には、クランク室３４Ａ内の圧力が加わり、その加圧室３９側には、加圧室３９内に導入された圧力が加わる。クランク室３４Ａ内の圧力が低いときには、ピストン３８がクランク室３４Ａ側から受ける力よりも加圧室３９側から受ける力が大きくなる。このときのピストン３８からの押圧により、斜板３７の傾斜角φが大きくなる。

一方、クランク室３４Ａ内の圧力が高いときには、ピストン３８が加圧室３９側から受ける力よりもクランク室３４Ａ側から受ける力が大きくなる。このときのピストン３８からの押圧により、斜板３７の傾斜角φが小さくなる。なお、斜板３７の傾斜角φが「０」となると、ピストン３８のストロークも「０」となり、コンプレッサー２４の冷媒加圧動作が停止する。このときのコンプレッサー２４の回転軸３５の回転には、殆ど負荷が発生しなくなる。

ここでは、そうしたコンプレッサー２４の駆動にかかるエンジン１０の負荷トルクが「０」となった状態、すなわちコンプレッサー２４の冷媒圧縮動作が停止した状態を、コンプレッサー２４の停止状態という。また、同負荷トルクが正の値となった状態、すなわちコンプレッサー２４が冷媒圧縮動作を行っている状態を、コンプレッサー２４の駆動状態という。そして、コンプレッサー２４が停止状態から駆動状態へと切り換わり、その負荷トルクが「０」から増加して安定した値に収束するまでの期間、およびコンプレッサー２４が駆動状態から停止状態へと切り換わり、その負荷トルクが減少して「０」に収束するまでの期間を、切換過渡期という。

なお、クランク室３４Ａ内の圧力調整は、電磁弁４０により行われる。電磁弁４０の作動は、空調制御ユニット３３により制御されている。
こうしたコンプレッサー２４を補機として備えるエンジン１０では、そのアイドル運転時に、エンジン回転速度ＮＥを目標回転速度（ＩＳＣ目標回転速度ＮＴ）に近づけるためのフィードバック制御（以下、ＩＳＣフィードバックと記載する）が行われる。このエンジン１０でのＩＳＣフィードバックは、いわゆるトルクデマンド方式で行われる。

図３に、こうしたＩＳＣフィードバックの処理の流れをブロック図として示す。同図に示される一連の処理は、電子制御ユニット２５によって、規定の制御周期毎に繰り返し実施される。

本処理が開始されると、まず、エンジントルクの要求値である要求トルクが演算される。ＩＳＣフィードバックでは、この要求トルクに対して、ＩＳＣ目標回転速度ＮＴに対するエンジン回転速度ＮＥの偏差（以下、回転速度偏差ΔＮＥ）に応じたフィードバック補正が加えられる。そして、その要求トルクから将来トルクと直近トルクとが演算される。将来トルクは、吸入空気量を応答可能な範囲で調整して要求トルクを実現するときのエンジントルクを示す。一方、直近トルクは、吸入空気量の応答遅れによる、要求トルクに対する将来トルクの乖離分を、調整可能な範囲内で点火時期の調整により補償したときのエンジントルクを示す。

次に、コンプレッサー２４の負荷トルク（ＡＣ負荷トルク）分を、将来トルクおよび直近トルクに上乗せするためのＡＣ負荷補正が行われる。なお、このときのＡＣ負荷補正の詳細については、後述する。

続いて、ＡＣ負荷補正後の将来トルクに基づき、目標空気量の演算が行われる。目標空気量は、最適点火時期に点火時期があるとしたときに、将来トルク分のエンジントルクを確保するために必要な吸入空気量として演算される。なお、エンジン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、いずれか遅角側の時期が最適点火時期である。そして、エンジン１０の吸気系の物理モデルであるエアモデルを用いて、目標空気量を実現するために必要なスロットル開度が目標スロットル開度として演算され、その目標スロットル開度に従って電子制御スロットル１６の駆動制御が行われる。

さらに、ＡＣ負荷補正後の将来トルクおよび直近トルクの比として、トルク効率が演算され、そのトルク効率に基づいて最適点火時期からの点火時期の遅角量（点火遅角量）が演算される。トルク効率は、点火時期が最適点火時期にあるとしたときに発生するエンジントルクに対する実際に発生させるエンジントルクの比である。点火遅角量は、予め実験等で求められた点火遅角量とトルク効率との関係から演算される。そして、最適点火時期から点火遅角量を加算した値が目標点火時期として演算され、その目標点火時期に従ってイグナイター３１の駆動制御が行われる。

ところで、ＡＣ負荷トルクは、コンプレッサー２４前後の冷媒の圧力差（前後差圧）から推定して求められる。コンプレッサー２４の上流側の冷媒圧は、上記冷媒圧センサー２９の検出値から取得され、下流側の冷媒圧は、エバポ後温センサー３０の検出値から推定して求められる。

ＡＣ負荷トルクの推定は、コンプレッサー２４が定常動作しているときには、比較的高い精度で行える。ただし、コンプレッサー２４の駆動状態、停止状態の切換過渡期における、ＡＣ負荷トルクの立ち上がりや立ち下がりには、冷媒の状態により大きなばらつきがあり、このときのＡＣ負荷トルクの推定精度はあまり高くない。なお、上記切換過渡期とは、コンプレッサー２４が停止状態から定常動作された状態となるまでの移行の期間、およびコンプレッサー２４が定常動作された状態から停止状態となるまでの移行の期間を指す。

そのため、上記のような切換過渡期には、ＡＣ負荷トルクの推定値が実際の値から大きく乖離して、ＩＳＣフィードバックの制御性が悪化することがある。これによるエンジン回転速度ＮＥの変動を抑えるには、ＩＳＣフィードバックのフィードバックゲインを大きくして、ＡＣ負荷トルクの推定値の乖離分のエンジントルクを速やかに補償できるようにしておく必要がある。しかしながら、そうした場合、切換過渡期以外の平常のＩＳＣフィードバックでは、フィードバックゲインが過大となり、過応答が発生して、エンジンストールやエンジン回転速度ＮＥの吹き上がりなどを招いてしまう。

そこで、本実施形態では、切換過渡期、すなわちコンプレッサー２４の停止状態と駆動状態との切り換え開始からの規定の期間に、下記のような切換過渡期制御を行うようにしている。

上述したように、ＩＳＣフィードバックでは、エンジントルクの要求値である将来トルクおよび直近トルクに対して、ＡＣ負荷トルク分の補正を行うためのＡＣ負荷補正を行っている。切換過渡期制御では、このＡＣ負荷補正に使用するＡＣ負荷トルクの演算値（以下、ＡＣ制御トルクと記載する）に、回転速度偏差ΔＮＥに応じてフィードバック補正を行う。こうした切換過渡期制御のフィードバック補正は、ＩＳＣフィードバックと並行して行われる。そのため、切換過渡期制御の実行時には、回転速度偏差ΔＮＥに対するエンジントルクの応答性が高くなる。

なお、切換過渡期制御のフィードバック補正は、切換過渡期にのみ行われるため、平時のＩＳＣフィードバックには影響しない。また、同フィードバック補正によっては、ＡＣ負荷トルクのばらつきの影響分のみを直接補償することができる。そのため、ＡＣ負荷トルクのばらつきに起因したエンジンの回転変動を抑制するためのエンジントルクのフィードバック補正を高精度に行うことができる。

ちなみに、こうした切換過渡期制御は、アイドル安定時、すなわちアイドル運転時のエンジン回転速度ＮＥに対する、コンプレッサー２４の負荷トルク以外の外乱の影響が少ない状態にあるときにのみ実行される。本実施形態では、アクセル操作量ＡＣＣＰが「０」で、冷却水温が一定値以上であり、かつコンプレッサー２４以外のエンジン補機が定常動作していることを、アイドル安定の判定条件としている。

図４に、ＡＣ制御トルクの演算にかかる処理の流れをブロック図として示す。同図に示される一連の処理は、電子制御ユニット２５によって、規定の制御周期毎に繰り返し実施される。

本処理が開始されると、まず、推定ＡＣ負荷トルク、予想ＡＣ負荷トルクの２つの値が演算される。推定ＡＣ負荷トルクは、冷媒圧およびエバポ後温に基づき演算され、その値は、コンプレッサー２４が定常運転された状態で、冷媒圧およびエバポ後温が現状の値となるときのＡＣ負荷トルクを表す。また、予想ＡＣ負荷トルクは、その前回値（前回の制御周期における予想ＡＣ負荷トルクの演算値）、現状の冷媒圧およびエバポ後温とから演算される。より詳細には、予想ＡＣ負荷トルクの値は、現状の冷媒圧およびエバポ後温とから把握されるＡＣ負荷トルクの収束値と予想ＡＣ負荷トルクの前回値との偏差からＡＣ負荷トルクの変化率（次の演算周期までの変化量）を演算周期毎に求めて積算することで演算されている。

そして、これら推定ＡＣ負荷トルク、予想ＡＣ負荷トルクからＦＢ前ＡＣ制御トルクの演算が行われる。ＦＢ前ＡＣ制御トルクの値は、切換過渡期の初期には、予想ＡＣ負荷トルクに近い値を取り、終期に近づくにつれて、推定ＡＣ負荷トルクに収束していくように演算される。なお、ＦＢ前ＡＣ制御トルクは、切換過渡期以外のときに、ＡＣ負荷トルク分として将来トルクおよび直近トルクに上乗せされる補正量である。

また、本処理では、回転速度偏差ΔＮＥに基づいて、点火ＦＢ補正量が演算される。点火ＦＢ補正量は、ＡＣ制御トルクのフィードバック補正における点火時期のフィードバック調整によるトルクの補正分を表している。

次に、ここで演算した点火ＦＢ補正量、回転速度偏差ΔＮＥおよび初期リザーブトルクに基づいて空気量ＦＢ補正量が演算される。空気量ＦＢ補正量は、ＡＣ制御トルクのフィードバック補正における吸入空気量のフィードバック調整によるトルクの補正分を表している。空気量ＦＢ補正量の値は、ＡＣ制御トルクのフィードバック補正の総量から、初期リザーブトルクおよび点火ＦＢ補正量を減算した値として演算される。

なお、切換過渡期の開始時の点火時期は、進角によるエンジントルクの増加代（リザーブトルク）を確保するため、ベース点火時期から遅角した値に設定され、その値から切換過渡期における点火時期のフィードバック調整が開始される。このときの切換過渡期の開始時に確保されるリザーブトルクが、上記の初期リザーブトルクである。なお、本実施形態における初期リザーブトルクの設定態様について、後で詳しく説明する。

続いて、空気量ＦＢ補正量および点火ＦＢ補正量の上限、下限のガード処理がそれぞれ行われる。なお、このときのガード処理の詳細については、後述する。
その後、ガード処理後の空気量ＦＢ補正量をＦＢ前ＡＣ制御トルクから減算することで、将来ＡＣ制御トルクが演算される。この将来ＡＣ制御トルクの値は、点火時期を最適点火時期として、空気量ＦＢ補正量分の吸入空気量のフィードバック調整を行ったときのＡＣ制御トルクを表している。

続いて、ガード処理後の点火ＦＢ補正量と初期リザーブトルクとを、空気量補正後ＡＣ制御トルクから減算することで、直近ＡＣ制御トルクＴＱが演算される。この直近ＡＣ制御トルクの値は、吸入空気量および点火時期の双方によるフィードバック調整が行われた後のＡＣ制御トルク、すなわち切換過渡期のＩＳＣフィードバックにおいて実際に発生させるＡＣ制御トルクを表している。

図５に、上述のＡＣ負荷補正にかかる処理の流れをブロック図として示す。同図に示すように、切換過渡期制御の要求時には、将来ＡＣ制御トルクが将来トルクに上乗せされ、直近トルクに直近ＡＣ制御トルクが上乗せされる。これに対して、切換過渡期制御の要求時以外には、将来トルク、直近トルクの双方に、ＦＢ前ＡＣ制御トルクがそれぞれ上乗せされる。したがって、切換過渡期には、空気量ＦＢ補正量分のエンジントルクが吸入空気量の調整により補正され、点火ＦＢ補正量プラス初期リザーブトルク分のエンジントルクが点火時期の調整により補正されることになる。

ここで、上述の空気量ＦＢ補正量および点火ＦＢ補正量のガード処理の詳細を説明する。空気量ＦＢ補正量のガード処理は、ばらつき上限αを下限値とし、ＦＢ前ＡＣ制御トルクから初期リザーブトルクを減算した値を上限値とするように行われる。ばらつき上限αは、想定されるＡＣ負荷トルクのばらつき範囲の最大値に対するＦＢ前ＡＣ制御トルクの差であり、負の値となる。一方、点火ＦＢ補正量のガード処理は、「０」を下限値とし、将来ＡＣ制御トルクを上限値とするように行われる。

図６に、こうしたガード処理後の空気量ＦＢ補正量および点火ＦＢ補正量に基づき実施される、吸入空気量の調整および点火時期の調整のそれぞれによるＡＣ制御トルクの補正の範囲を示す。同図に示されるように、吸入空気量の調整によるＡＣ制御トルクの補正範囲は、上記ガード処理の結果、初期リザーブトルクを下限とし、ＦＢ補正前ＡＣ制御トルクとばらつき上限αとの和を上限とするように設定される。また、点火時期の調整によるＡＣ制御トルクの補正範囲は、上記ガード処理の結果、「０」を下限とし、将来ＡＣ制御トルクを上限とするように設定される。

こうした場合、実際に発生されるＡＣ制御トルク、すなわち直近ＡＣ制御トルクの値が取り得る範囲は、「０」以上、ＦＢ補正前ＡＣ制御トルクとばらつき上限αとの和以下の範囲となる。ＦＢ補正前ＡＣ制御トルクとばらつき上限αとの和は、想定されるＡＣ負荷トルクの最大値であり、実際のＡＣ負荷トルクは、負の値を取ることはない。よって、上記ガード処理の結果、直近ＡＣ制御トルクが取り得る値の範囲は、実際のＡＣ負荷トルクが取り得る値の範囲に留められることになり、誤フィードバックによって、エンジン回転速度ＮＥが吹け上がったり、落ち込んでエンジンストールを招いたりすることが回避される。

一方、切換過渡期にＡＣ負荷トルクが全く発生しなかった場合、実際に発生されるＡＣ制御トルク、すなわち直近ＡＣ制御トルクを「０」まで減らすべく、吸入空気量および点火時期の双方によるエンジントルクの補正が行われる。点火時期による補正分は、時間の経過と共に吸入空気量による補正分に次第に置き換えられる。そのため、上記のような下限ガードを行わなければ、吸入空気量による補正分のみで直近ＡＣ制御トルクが「０」となるまで空気量ＦＢ補正量が増大し、点火時期による補正分、すなわち点火ＦＢ補正量と初期リザーブトルクとの和が「０」となってしまう。

こうした場合、点火時期は最適点火時期まで進角されてしまい、点火時期の進角によるトルクの増加代が皆無となる。そのため、エンジン１０の負荷が突然発生した場合、応答の遅い吸入空気量の調整のみで対応する他なくなってしまい、エンジン回転速度ＮＥの落ち込みを、ひいてはエンジンストールの発生を回避することが困難となる。

その点、上記ガード処理では、吸入空気量の調整によるＡＣ制御トルクの補正範囲の下限を初期リザーブトルクとするように空気量ＦＢ補正量の下限ガードを行っており、点火時期の進角によるエンジントルクの増加代が初期リザーブトルク分は残されるようになっている。そのため、突然、負荷が発生しても、ある程度までは点火時期の進角により直ちに対応することが可能となる。

また、点火時期の調整による補正後のＡＣ制御トルク、すなわち直近ＡＣ制御トルクが将来ＡＣ制御トルクを上回ることがあると、点火時期が最適点火時期を超えて過進角されることになる。その点、上記ガード処理では、直近ＡＣ制御トルクが将来ＡＣ制御トルク以下に留まるように点火ＦＢ補正量の下限ガードが行われており、点火時期の過進角が回避されるようになっている。

ところで、コンプレッサー２４の駆動開始時には、斜板３７の傾斜角φが空調制御ユニット３３の要求した値となるように、クランク室３４Ａ内の圧力を調整する必要があり、ＡＣ負荷トルクにその圧力の制御精度に応じたばらつきが発生する。一方、コンプレッサー２４の駆動停止は、クランク室３４Ａ内の圧力を十分高めて、斜板３７をその傾動可能範囲の傾斜角縮小方向の端に押し当てれば達成されるため、ＡＣ負荷トルクのばらつきやその収束に要する期間は、駆動開始時よりも小さくなる。そこで、本実施形態では、コンプレッサー２４の停止状態から駆動状態への切換過渡期には、駆動状態から停止状態への切換過渡期よりも切換過渡期制御の実施期間を長くしている。また、ＡＣ負荷トルクのばらつきに対応するため、コンプレッサー２４の停止状態から駆動状態への切換過渡期には、駆動状態から停止状態への切換過渡期よりも、初期リザーブトルクを大きくしている。

一方、低温環境下で、コンプレッサー２４が長時間停止されていると、その内部の冷媒が冷却されて液化して、クランク室３４Ａの内部に溜まる、いわゆる液溜まりが発生することがある。液溜まりが発生すると、液化した冷媒がクランク室３４Ａから排除されるまで、ＡＣ負荷トルクは殆ど上がらなくなる。そのため、コンプレッサー２４の停止状態から駆動状態への切換過渡期に、液溜まりが発生しているときには、ＡＣ負荷トルクの収束に非常に長い時間がかかる。また、実際のＡＣ負荷トルクに対するＡＣ制御トルクの乖離も非常に大きくなる。そこで、本実施形態では、コンプレッサー２４の停止状態から駆動状態への切換過渡期において、液溜まりが発生している可能性があるときには、そうでないときに比して、切換過渡期制御の実施期間をより長く、初期リザーブトルクをより大きくするようにしている。

図７に、こうした切換過渡期制御の実施期間および初期リザーブトルクの設定処理のフローチャートを示す。同処理は、コンプレッサー２４の駆動状態、停止状態の切換が要求されたときに、電子制御ユニット２５により実施される。本ルーチンでは、まず、ステップＳ７００において、コンプレッサー２４の駆動状態から停止状態への切換が要求されたか否かが判定される。ここで、駆動状態から停止状態への切換が要求されていれば（Ｓ７００：ＹＥＳ）、ステップＳ７０１に処理が進められる。そして、そのステップＳ７０１において、初期リザーブトルクに比較的小さい値Ｒ１が、切換過渡期制御の実施期間に比較的短い時間Ｔ１が、それぞれ設定される。

一方、停止状態から駆動状態への切換が要求されていれば（Ｓ７００：ＮＯ）、ステップＳ７０２に処理が進められる。そして、そのステップＳ７０２において、液溜まりの可能性があるか否かが判定される。液溜まりの可能性の有無の判定は、例えば外気温やコンプレッサー２４の前回の停止からの経過時間に基づき、外気温が規定値よりも低く、かつ経過時間が規定値よりも長いときに、液溜まりの可能性有りと判定することで行うことができる。

ここで、液溜まりの可能性が無いと判定されれば（Ｓ７０２：ＮＯ）、ステップＳ７０３に処理が進められ、そのステップＳ７０３において、初期リザーブトルクに上記値Ｒ１よりも大きい値Ｒ２が、切換過渡期制御の実施期間に上記時間Ｔ１よりも長い時間Ｔ２が、それぞれ設定される。一方、液溜まりの可能性が有ると判定されれば（Ｓ７０２：ＹＥＳ）、ステップＳ７０４に処理が進められ、そのステップＳ７０４において、初期リザーブトルクに上記値Ｒ２よりも更に大きい値Ｒ３が、切換過渡期制御の実施期間に上記時間Ｔ２よりも更に長い時間Ｔ３が、それぞれ設定される。

ちなみに、上述の切換過渡期制御の要求は、コンプレッサー２４の駆動状態、停止状態の切換が要求されたときにオン（要求有り）とされる。そして、その時点から、本ルーチンで設定された実施期間が経過した時点で、オフ（要求無し）とされる。

続いて、以上説明した本実施形態のエンジン回転速度制御装置の作用を説明する。
上述したように、本実施形態のエンジン回転制御装置では、コンプレッサー２４の負荷トルクをＦＢ前ＡＣ制御トルクとして演算し、通常は、そのＡＣ制御トルク（ＦＢ前ＡＣ制御トルク）に基づいてその負荷トルク分のエンジントルクの補正を行っている。一方、コンプレッサー２４の切換過渡期には、ＦＢ前ＡＣ制御トルクを、ＩＳＣ目標回転速度ＮＴに対するエンジン回転速度ＮＥの偏差（回転速度偏差ΔＮＥ）に応じてフィードバック補正した将来ＡＣ制御トルクおよび直近ＡＣ制御トルクに基づいてエンジントルクの補正を行っている。

このＦＢ前ＡＣ制御トルクのフィードバック補正は、ＩＳＣフィードバックとは別のフィードバックとして行われている。そして、ＦＢ前ＡＣ制御トルクのフィードバック補正が実際のエンジントルクに反映されるのは、切換過渡期に限られ、またその影響が及ぶ範囲は、ＡＣ負荷トルク分に限定される。そのため、こうしたＦＢ前ＡＣ制御トルクのフィードバック補正のフィードバックゲインを如何程大きくしても、切換過渡期以外のＩＳＣフィードバックが過応答とはならないようになる。よって、ＦＢ前ＡＣ制御トルクのフィードバック補正のフィードバックゲインを十分大きい値に設定すれば、通常のＩＳＣフィードバックの過応答を招くことなく、切換過渡時のＡＣ負荷トルクのばらつきによるエンジンの回転変動を好適に抑制可能となる。

図８に、本実施形態のエンジン回転制御装置の制御態様の一例を示す。同図には、液溜まりが発生した状態の時刻ｔ１にコンプレッサー２４の駆動開始が要求されたときの制御例が示されている。なお、このときには、液溜まりの発生の可能性があることが状況から予測されており、初期リザーブトルクが大きい値（Ｒ３）に、切換過渡期制御の実施期間が長い時間（Ｔ３）に、それぞれ設定されている。

ＡＣ負荷トルクの推定値であるＦＢ前ＡＣ制御トルクは、コンプレッサー２４の駆動開始時に、初期リザーブトルク分、ステップ状に増加された後、次第に大きくなり、やがて一定の値に収束するように推移する。これに対して、このときの実際のＡＣ負荷トルクは、液溜まりのため、駆動開始後も殆ど増加しておらず、ＦＢ前ＡＣ制御トルクと大きく乖離してしまっている。

このとき、本実施形態では、コンプレッサー２４の駆動開始の要求と共に切換過渡期制御が実施され、回転速度偏差ΔＮＥに応じたＡＣ制御トルクのフィードバック補正が開始される。ただし、コンプレッサー２４の駆動開始の直後には、回転速度偏差ΔＮＥは直ちには大きくならないため、空気量ＦＢ補正量は未だ「０」に近く、将来ＡＣ制御トルクはＦＢ前ＡＣ制御トルクに沿って推移する。一方、直近ＡＣ制御トルクは、駆動開始時には、初期リザーブトルク分、ＦＢ前ＡＣ制御トルクよりも小さい値とされるため、駆動開始直後の点火ＦＢ補正量は一旦、トルクを増大させる側（点火時期を進角させる側）の値を取る。

駆動開始後、ある程度の時間が経過すると、実際のＡＣ負荷トルクとＦＢ前ＡＣ制御トルクとの乖離のため、エンジン回転速度ＮＥが上昇するようになる。そのため、本制御において実際に発生させるＡＣ制御トルクである直近ＡＣ制御トルクを減らすべく、フィードバック補正がかかり始めるようになる。そして、その結果、一旦上昇したエンジン回転速度ＮＥがＩＳＣ目標回転速度ＮＴに向かって低下するようになる。なお、こうしたフィードバック補正がかかり始めた直後の段階では、吸入空気量の応答に合わせるため、空気量ＦＢ補正量は徐々にしか変化させることができないため、その補正は主に点火ＦＢ補正量により行われる。そうした点火ＦＢ補正量によるＡＣ制御トルクの補正分は、時間の経過と共に、空気量ＦＢ補正量によるＡＣ制御トルクの補正分に次第に置き換えられていく。そして、やがては、点火ＦＢ補正量は、実際のＡＣ負荷トルクと同じように「０」付近の値まで減少し、必要なフィードバック補正分の大部分が空気量ＦＢ補正量により賄わられるようになる。

なお、各ＡＣ制御トルクの値がほぼ一定に収束した段階においても、空気量ＦＢ補正量の上限ガードのため、将来ＡＣ制御トルクと直近ＡＣ制御トルクの間には、初期リザーブトルク分の差が維持される。これにより、突然のエンジン負荷の発生に対処するための点火時期の進角によるトルク増加代が確保された状態が保持される。ちなみに、切換過渡期制御は、その開始から上記時間Ｔ３が経過した時点で終了される。

なお、こうした本実施形態では、ＦＢ前ＡＣ制御トルクが、コンプレッサー２４の負荷トルクの演算値に相当する。また、将来ＡＣ制御トルクおよび直近ＡＣ制御トルクが、そうした負荷トルクの演算値を、エンジン１０の回転速度と目標回転速度との偏差に応じてフィードバック補正した値となっている。さらに、それらのうち、将来ＡＣ制御トルクは、吸入空気量の調整にかかる負荷トルクの要求値に、直近ＡＣ制御トルクは、点火時期の調整にかかる負荷トルクの要求値に、それぞれ対応している。そして、空気量ＦＢ補正量が、吸入空気量の調整にかかる負荷トルクの要求値へのフィードバック補正の振り分け分に、空気量ＦＢ補正量、点火ＦＢ補正量および初期リザーブトルクの合計が、負荷トルクのフィードバック補正の総量となっている。

以上説明した本実施形態のエンジン回転速度制御装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態のエンジン回転速度制御装置は、空調用の冷媒を圧縮するコンプレッサー２４を駆動するエンジン１０のアイドル運転時のエンジントルクを、エンジン回転速度ＮＥとＩＳＣ目標回転速度ＮＴとの偏差（回転速度偏差ΔＮＥ）に応じてフィードバック補正している。そして、エンジン１０のアイドル安定時にコンプレッサー２４の駆動状態と停止状態とが切り換えられるとき、その切り換えの開始からの規定の期間に切換過渡期制御を行う。切換過渡期制御では、上記エンジントルクのフィードバック補正に使用する、コンプレッサー２４の負荷トルクの演算値であるＦＢ前ＡＣ制御トルクを回転速度偏差ΔＮＥに応じてフィードバック補正する。そうしたＦＢ前ＡＣ制御トルクのフィードバック補正は、切換過渡期にのみ行われるため、平時のＩＳＣフィードバックには影響を与えない。更に、ＦＢ前ＡＣ制御トルクのフィードバック補正によれば、ＡＣ負荷トルクのばらつきの影響分のみを直接補償することができる。そのため、ＡＣ負荷トルクのばらつきに起因したエンジン１０の回転変動を抑制するためのエンジントルクのフィードバック補正を高精度に行うことができる。したがって、アイドル運転時のエンジン回転速度のフィードバック制御の過応答を招くことなく、コンプレッサーの駆動、停止の切換過渡期におけるエンジンの回転変動を好適に抑制することができる。

（２）点火ＦＢ補正量の下限ガードを通じて、ＦＢ前ＡＣ制御トルクのフィードバック補正後の値である直近ＡＣ制御トルクが負の値とならないように下限値を設定している。そのため、誤フィードバックによるエンジン回転速度ＮＥの過剰低下が抑えられて、エンジンストールへの耐性が高まるようになる。

（３）切換過渡期制御では、ＡＣ負荷トルクの演算値（ＦＢ前ＡＣ制御トルク）のフィードバック補正を、吸入空気量の調整にかかる負荷トルクの要求値である将来ＡＣ制御トルクと、点火時期の調整にかかる負荷トルクの要求値である直近ＡＣ制御トルクとに振り分けて行っている。そして、将来ＡＣ制御トルクへのフィードバック補正の振り分け分である空気量ＦＢ補正量に対して、その値が、フィードバック補正の総量から初期リザーブトルクを減じた値を超えないように、上限ガードを行っている。その結果、点火時期の進角による初期リザーブトルク分のエンジントルクの増加代が維持されるように、切換過渡期のエンジントルク制御が行われるようになる。そのため、突然のエンジントルクの低下が何時発生しても、点火時期の進角により直ちに対応できるようにしておくことが可能となり、エンジンストールへの耐性が更に高められるようになる。

（４）コンプレッサー２４の停止状態から駆動状態への切換を開始するときに確保されるリザーブトルクを、同コンプレッサーの駆動状態から停止状態への切換を開始するときに確保されるリザーブトルクよりも大きくしている。また、コンプレッサー２４の停止状態から駆動状態への切換時においても、液溜まりが発生している可能性があるときには、そうでないときに比して、その切換を開始するときに確保されるリザーブトルクを更に大きくしている。こうした本実施形態では、切換の開始時に確保されるリザーブトルク、すなわち初期リザーブトルクが、そのときの負荷トルクのばらつき度合に応じて設定される。そのため、そのばらつきに起因したエンジンの回転変動の抑制に必要な点火時期によるトルク調整範囲を確保しつつ、リザーブトルクが過大とならないようにすることができる。したがって、切換過渡期のＡＣ負荷トルクのばらつきによるエンジン１０の回転変動を好適に抑えつつ、その背反として生じる燃費の悪化を抑制できる。

（５）回転速度偏差ΔＮＥに対するエンジントルクの応答性を平時のＩＳＣフィードバックよりも大きくすべく実行される切換過渡期制御の実施期間を、コンプレッサー２４の停止状態から駆動状態への切換過渡期には、同コンプレッサー２４の駆動状態から停止状態への切換過渡期よりも長くしている。また、コンプレッサー２４の停止状態から駆動状態への切換時においても、液溜まりが発生している可能性があるときには、そうでないときに比して、切換過渡期制御の実施期間を更に長くしている。こうした本実施形態では、切換過渡期制御の実施期間を、そのときのＡＣ負荷トルクの収束性に応じて切換過渡期制御の実施期間を変えているため、切換過渡期のＡＣ負荷トルクのばらつきによるエンジン１０の回転変動を好適に抑えつつ、その背反としての過応答の発生を抑制することができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、コンプレッサー２４の先の停止からの経過時間と外気温とから液溜まり発生の可能性の有無を判断していたが、これ以外の態様でその判定を行うようにしてもよい。例えば切換開始直後のエンジン回転速度ＮＥの変化からＡＣ負荷トルクが発生しているか否かを判定し、これにより上記可能性の有無を判断することも可能である。

・上記実施形態では、アクセル操作量ＡＣＣＰが「０」であり、エンジン１０の冷却水温が一定値以上であって、かつコンプレッサー２４以外の補機が定常動作しているときを、エンジン１０のアイドル安定時としていた。こうしたアイドル安定時の判定条件は、例えばエンジン回転速度ＮＥの変動範囲が規定の期間、規定の範囲内に収まっていることをもって、アイドル安定時であると判定するなど、を適宜に変更してよい。

・上記実施形態では、コンプレッサー２４の負荷トルクを、同コンプレッサー２４前後の冷媒の圧力差から推定して演算していたが、他の方法で演算するようにしてもよい。
・上記実施形態では、停止状態から駆動状態への切換過渡期における初期リザーブトルクの大きさ、および切換過渡期制御の実施期間の長さを、液溜まりが発生している可能性があるか否かで変更していたが、液溜まりの発生の可能性の有無に応じたそれらの一方、または双方の変更を行わないようにしてもよい。

・上記実施形態では、停止状態から駆動状態への切換過渡期と駆動状態から停止状態への切換過渡期とで、初期リザーブトルクの大きさ、および切換過渡期制御の実施期間の長さを変更していたが、それらの一方、または双方の変更を行わないようにしてもよい。

・上記実施形態では、ＦＢ前ＡＣ制御トルクから初期リザーブトルクを減じた値を超えないように、吸入空気量の補正によるＡＣ制御トルク分のエンジントルクの調整量である空気量ＦＢ補正量の値にガードをかけていた。ＡＣ制御トルクのフィードバック補正に、コンプレッサー２４以外の負荷トルク分の補償を併せ受け持たせる場合などには、ＦＢ前ＡＣ制御トルクから初期リザーブトルクを減じた値を空気量ＦＢ補正量が超えることを許容するようにしてもよい。

・上記実施形態では、ＡＣ負荷トルクの演算値であるＡＣ制御トルクをフィードバック補正した値として、将来ＡＣ制御トルクと直近ＡＣ制御トルクとの２つの値を求め、それらによりＩＳＣフィードバックの将来トルク、直近トルクを補正することで、切換過渡期のＡＣ制御トルクのフィードバック補正を行うようにしていた。その代わりとしてより単純に、ＡＣ制御トルクをフィードバック補正した値により、ＩＳＣフィードバックの要求トルクを補正するようにしてもよい。そうした場合であれ、切換過渡期のＡＣ制御トルクのフィードバック補正がＩＳＣフィードバックとは別のフィードバックとして行われるため、通常のＩＳＣフィードバックに影響を与えることなく、切換過渡期のＡＣ制御トルクのフィードバック補正の応答だけを早くすることが可能である。

１０…エンジン、１１…燃焼室、１２…吸気通路、１３…排気通路、１４…エアクリーナー、１５…エアフローメーター、１６…電子制御スロットル、１７…インジェクター、１８…点火プラグ、１９…空燃比センサー、２０…触媒装置、２１…クランクシャフト、２２…クランク角センサー、２３…巻き掛け伝動機構、２４…コンプレッサー、２５…電子制御ユニット、２６…スロットルセンサー、２７…アクセルペダル、２８…アクセルペダルセンサー、２９…冷媒圧センサー、３０…エバポ後温センサー、３１…イグナイター、３２…通信回線、３３…空調制御ユニット、３４…ハウジング、３４Ａ…クランク室、３５…回転軸、３６…シリンダー、３７…斜板、３８…ピストン、３９…加圧室、４０…電磁弁。

Claims (5)

1. 空調用の冷媒を圧縮するコンプレッサーを駆動するエンジンのアイドル運転時のエンジントルクを、同エンジンの回転速度と目標回転速度との偏差に応じてフィードバック補正するエンジン回転速度制御装置において、
   前記エンジンのアイドル安定時に前記コンプレッサーの駆動状態と停止状態とが切り換えられるとき、その切り換えの開始からの規定の期間において、前記コンプレッサーの負荷トルクを演算して、前記エンジントルクの要求値をその負荷トルクに応じて補正するとともに、同負荷トルクの演算値を、前記エンジンの回転速度と前記目標回転速度との偏差に応じてフィードバック補正し、
   前記コンプレッサーが停止状態から駆動状態へ切り替えられる場合の規定の期間を、前記コンプレッサーが駆動状態から停止状態へ切り替えられる場合の規定の期間よりも長くする、
   ことを特徴とするエンジン回転速度制御装置。
2. 前記負荷トルクの演算値の前記フィードバック補正後の値に、その値が負の値とならないように下限値を設定する、
   請求項１に記載のエンジン回転速度制御装置。
3. 前記負荷トルクの演算値のフィードバック補正は、吸入空気量の調整にかかる前記負荷トルクの要求値と点火時期の調整にかかる前記負荷トルクの要求値とに振り分けて行われ、
   前記吸入空気量の調整にかかる前記負荷トルクの要求値への前記フィードバック補正の振り分け分が、同フィードバック補正の総量から規定のリザーブトルクを減じた値を超えないようにする、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン回転速度制御装置。
4. 前記負荷トルクは、前記コンプレッサー前後の冷媒の圧力差から推定して演算される、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジン回転速度制御装置。
5. アクセル操作量が「０」であり、前記エンジンの冷却水温が一定値以上であって、かつ前記コンプレッサー以外の補機が定常動作しているときを、前記エンジンのアイドル安定時とする、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジン回転速度制御装置。