JP2001280145A - 過給機付きエンジンの制御装置 - Google Patents

過給機付きエンジンの制御装置

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JP2001280145A
JP2001280145A JP2000094650A JP2000094650A JP2001280145A JP 2001280145 A JP2001280145 A JP 2001280145A JP 2000094650 A JP2000094650 A JP 2000094650A JP 2000094650 A JP2000094650 A JP 2000094650A JP 2001280145 A JP2001280145 A JP 2001280145A
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engine
rotation speed
bypass valve
target
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JP2000094650A
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Hiroshi Oba
大羽  拓
Hiroshi Iwano
岩野  浩
Isamu Kazama
勇 風間
Takeshi Ishino
武 石野
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

(57)【要約】 【課題】 過給機回転により吸気量を制御するようにし
たエンジンにおいて過給圧の過渡応答特性を改善する。 【解決手段】 過給機7を迂回するバイパス通路11、
バイパス通路の開度を調節するバイパスバルブ12、過
給機を駆動する電動機9を設ける。アクセル操作量等か
ら判断した定常運転時にはバイパスバルブを目標過給圧
に応じて演算した開度に開いておき、このときのバイパ
スバルブ開度にて目標過給圧が得られるように電動機に
より過給機回転速度を制御する。この状態から加速操作
等により要求負荷が増大したときにはバイパスバルブ開
度を減少方向に補正すると共に目標過給圧を達成する過
給機回転速度へと制御する。加速等の過渡状態の当初に
バイパスバルブ開度を減じることにより過給機バイパス
空気量を即座に減じるようにしたことから良好な過給応
答性が発揮される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は過給機を備えたエン
ジンの制御装置に関し、特に吸気量を過給機回転速度に
応じて制御するようにした制御装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術と解決すべき課題】過給機回転を制御する
ことにより要求トルクを発揮させるようにしたエンジン
制御装置として、特開平4−12133号公報または特
開平9−317485号公報のものが知られている。前
者はエンジン出力を無段変速機を介して過給機に伝達す
る構成とし、アクセルペダルの操作量に応じて無段変速
機の変速比を変化させることにより所要のトルクが得ら
れるようにしている。また、後者は過給機を電動機で駆
動する構成とし、電動機の回転速度を変化させることで
トルク制御をしている。
【0003】しかしながら、これらのものでは運転者か
らの加速要求があったときに無段変速機または電動機を
制御する構成であるので、変速遅れなどの機械的遅れ要
因により過給圧の過渡応答が遅れ、運転者の要求に対し
て速やかにエンジントルクが立ち上がらないため運転性
が良くないという問題があった。本発明はこのような従
来の問題点を解消することを目的としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、吸気
通路に過給機を介装したエンジンにおいて、過給機を迂
回するバイパス通路と、バイパス通路の開度を調節する
バイパスバルブと、過給機の回転速度を制御する過給機
回転速度調節手段と、運転状態に応じて演算した目標過
給圧から過給機の目標回転速度を演算し、該目標回転速
度となるように過給機回転速度調節手段を制御する過給
機制御手段と、目標過給圧を用いて演算した目標開度と
なるようにバイパスバルブを制御するバイパスバルブ制
御手段とを備えた制御装置を構成する。
【0005】請求項2の発明は、上記請求項1の発明に
おいて、目標過給圧をアクセル操作量とエンジン回転速
度を用いて演算するものとした。
【0006】請求項3の発明は、上記請求項1の発明に
おいて、吸気通路に備えたスロットルバルブを、アクセ
ル操作量とエンジン回転速度を用いて演算した目標スロ
ットル開度に制御するスロットルバルブ制御手段を備え
ると共に、目標過給圧を前記目標スロットル開度とエン
ジン回転速度を用いて演算するものとした。
【0007】請求項4の発明は、上記請求項1の発明に
おいて、要求負荷変化が基準値よりも小さい定常運転時
にはバイパスバルブを目標過給圧に応じて演算した開度
に開くと共に当該バイパスバルブ開度にて目標過給圧が
得られるように過給機回転速度を制御し、要求負荷変化
が基準値を超えたときにはバイパスバルブ開度を減少方
向に補正すると共に目標過給圧を達成する過給機回転速
度へと制御するようにした。
【0008】請求項5の発明は、上記請求項1の発明に
おいて、過給機を電動機により駆動するように構成する
と共に、該電動機を過給機回転速度調節手段として用い
るようにした。
【0009】請求項6の発明は、上記請求項1の発明に
おいて、過給機をエンジン出力により駆動するように構
成すると共に、エンジンと過給機との間に過給機回転速
度調節手段として無段変速機を設けた。
【0010】請求項7の発明は、上記請求項5または請
求項6の発明において、バイパスバルブ制御手段を、過
給機回転速度変化が基準値よりも大であるときに``バ
イパスバルブ開度を減少方向に補正するように構成し
た。
【0011】
【作用・効果】上記請求項1以下の各発明において、エ
ンジンに供給される吸気量ないし過給圧は過給機の回転
速度とバイパスバルブの開度によって変化し、例えば過
給機回転速度一定でバイパスバルブの開度を増大させる
と過給機からバイパス通路へと循環する吐出空気量が増
大して過給圧は低下し、バイパスバルブ開度一定でも過
給機回転速度を増大させれば過給圧は上昇する。したが
って、請求項4の発明として示したように、定常的な運
転状態下である程度バイパスバルブを開いた状態で目標
過給圧が得られるように過給機回転速度を制御するもの
とすれば、その状態から要求負荷が増大した場合にはバ
イパスバルブ開度を減じることで、過給機回転速度の増
大を待たずに速やかに過給圧を上昇させて良好なトルク
応答特性を発揮させることが可能となる。なお減速時に
ついても同様であり、バイパスバルブの開度を増大させ
ることで速やかに過給圧が低下するので、過給機の回転
低下遅れにかかわらず良好な過渡応答特性が得られる。
【0012】こうした過給機回転速度およびバイパスバ
ルブ開度の制御にあたって設定すべき目標過給圧は、基
本的にはエンジン回転速度と運転者の要求負荷によって
定められるので、例えば請求項2の発明として示したよ
うに、エンジン回転速度とアクセル操作量に基づいて演
算する。あるいは、請求項3の発明として示したよう
に、吸気通路に備えたスロットルバルブを、アクセル操
作量とエンジン回転速度を用いて演算した目標スロット
ル開度に制御するスロットルバルブ制御手段を備えた構
成においては、目標過給圧を前記目標スロットル開度と
エンジン回転速度とを用いて演算する。特に、スロット
ル開度が種々の運転条件に応じてアクチュエータにより
電子制御される構成のエンジンでは、スロットル開度が
必ずしも運転者のアクセル操作量に対応しないので、実
際の負荷を代表するスロットル開度に基づいて目標過給
圧を演算するのがより適切である。
【0013】一方、過給機の回転速度制御は、請求項5
の発明として示したように過給機を電動機によって駆動
するように構成した場合には電動機の回転速度制御によ
り行うことができる。また、請求項6の発明として示し
たように、過給機を無段変速機を介してエンジン出力に
より駆動するように構成した場合には、無段変速機の変
速比を制御することで過給機回転速度を変化させること
ができる。さらに、これらの回転速度制御手段を設けた
構成においては、請求項7の発明として示したように、
過給機回転速度変化が基準値よりも大であるときににバ
イパスバルブ開度を減少方向に補正するように構成する
ことにより、目標とする過給機回転速度に対して電動機
の駆動トルクが不足する場合、あるいは無段変速機の変
速限界により過給機回転速度が上限に達した場合であっ
ても、これをバイパスバルブ開度減による過給圧の立ち
上がりで補って、良好な過渡応答特性を確保することが
できる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図面に基
づいて説明する。図1は本発明の第1の実施形態の機械
的構成である。1はマイクロコンピュータおよびその周
辺装置から構成されたエンジンコントロールユニットで
あり、各種運転状態信号に基づいてエンジン2の燃料噴
射量(Ti)、点火時期(ADV)、スロットル開度
(TVO)等を制御する。エンジン制御のための基本的
な検出量はエアフロメータ3からの吸気量信号(Qa)
とクランク角センサ4からのエンジン回転速度信号(N
e)であり、例えば燃料噴射量については、これらの信
号から定まる基本値を冷却水温や排気酸素濃度等に応じ
て補正することによりその信号値を決定する。
【0015】吸気通路5にはスロットルバルブ6とその
上流側に位置するように過給機7が介装されている。前
記スロットルバルブ6の開度はコントロールユニット1
からの指令に応じて作動するアクチュエータ(図示せ
ず)により、基本的にはアクセルセンサ8から得られる
アクセル操作量信号(APO)に応じて制御される。
【0016】過給機7はその駆動源として電動機9が設
けられており、電動機9の回転をベルト・プーリ機構1
0を介して過給機7に伝達する構成となっている。電動
機9の回転速度はコントロールユニット1により制御さ
れる。また、吸気通路5には、過給機7を迂回するバイ
パス通路11とその開度を変化させるバイパスバルブ1
2とが設けられている。バイパスバルブ12の開度はコ
ントロールユニット1からの指令に応動するアクチュエ
ータにより制御される。なお、図において13は過給機
7からの加圧空気を冷却するインタークーラーである。
【0017】次に、上記コントロールユニット1による
過給機回転速度およびバイパスバルブ開度の制御につき
図2以下に示した流れ図等を参照しながら説明する。図
2は例えば約10ms毎に周期的に実行される制御ルーチ
ンを表している。この制御では、当初に必要な運転状態
量を検出する。この場合、エアフローメータ3からの信
号による吸気量Qa、クランク角センサ4からの信号に
よるエンジン回転速度Ne、アクセルセンサ8からの信
号によるアクセル操作量APOを検出する(ステップ
1)。次にアクセル開度APOとエンジン回転速度Ne
とから、予め図3のように設定されたマップを参照して
目標トルクTTeを求め、さらのこの目標トルクTTe
を用いて、そのときの回転速度Neに応じて与えられる
図4に示したような特性に設定されたマップを参照して
目標スロットル開度TVOと目標過給圧TPCを求める
(ステップ2,3)。
【0018】次に、定常的運転状態下で適用するバイパ
スバルブ12の目標開度TBVOSTと当該開度での過
給機回転速度TGNSCを演算する(ステップ4,
5)。この目標開度TBVOSTは、エンジンの用途や
要求特性に応じて固定的または運転状態に応じて決定す
る。詳しくは後述するが、これを大きくするほど過給効
率は低下するが過渡応答は良好となり、小さくするほど
過給効率は向上するが過渡応答は低下傾向となる。目標
開度TBVOSTは運転状態によらず固定値としてもよ
いが、幅広い運転域で良好な過給効率を確保するために
は図5に例示したような特性で目標過給圧に応じて可変
設定することが望ましい。
【0019】一方、目標過給圧TPCを実現する過給機
7の目標回転速度TGNSCは、上述のようにバイパス
バルブ開度が所定量だけ開き位置に制御されていること
を前提として決定する。具体的には、例えば図6のよう
に予め設定されたマップに基づき、目標過給圧TPCと
エンジン回転速度Neとから検索して設定する。
【0020】上述のようにして求められた目標バイパス
バルブ開度TBVOは、負荷変化の少ない定常運転状態
下では、そのまま過給機目標回転速度TGNSCおよび
目標スロットル開度TVOと共にそれぞれのアクチュエ
ータに指令値として出力され(ステップ7)、これによ
りバイパスバルブ12の開度、過給機7の回転速度、ス
ロットルバルブ6の開度が各々の目標値に制御される。
ただし、目標バイパスバルブ開度TBVOについては、
事前に負荷変化の有無に応じた補正処理が行われる(ス
テップ6)。
【0021】図7と図8はそれぞれ上記バイパスバルブ
開度の補正処理の一例を示している。図7では、まず目
標過給圧の単位時間あたりの変化量DTPCを求め(ス
テップ11)、次いでこのときの目標空気量の変化量D
TQaと実際の変化量DAQaとの差から、要求空気量
の変化量を求める(ステップ12〜14)。なお前記目
標空気量の変化量DTQaは例えば次の式を用いて求め
る。
【0022】 DTQa=エンジン吸入空気量変化+吸気系容積充填 =目標トルク変化×トルク・空気量換算係数×エンジン回転速度 +DTPC×吸気系容積×単位換算係数 ただし、この式において、トルク・空気量換算係数は、
トルクと空気量とが略比例関係にあるところから、その
関係を用いて固定値、もしくはエンジン回転速度毎に設
定する。エンジン回転数毎に設定する場合のマップ例を
図9に示す。また、単位換算係数は、演算結果が空気量
の単位となるように換算するためのものである。
【0023】最後に、前記要求空気量変化に基づいて、
図10に示したように予め設定されたマップを参照して
バイパスバルブ開度補正量BVOHOSを求める。な
お、要求空気量変化がマイナスになることは、圧力が下
がる方向であるため、通常は何も補正しなくとも充分に
早い変化が期待できるので、要求空気量変化がマイナス
であるときは補正を行わないようにしている。図8の具
体例では、目標過給圧変化DTPCを求めたのち(ステ
ップ21)、これを予め定めた基準値DTPCTLと比
較し、DTPC≧DTPCTLであれば加速等による要
求負荷増大と判定して、DTPCに応じて、予め図11
のように設定されたマップを参照してバイパスバルブ開
度補正量BVOHOSを求め(ステップ22〜23)、
DTPC<DTPCTLであれば定常的運転状態である
と判定して補正量BVOHOSを0に設定する(ステッ
プ22〜24)。
【0024】このようにして決定された補正量BVOH
OSにより補正した量が最終的にはバイパスバルブ目標
開度TBVOとして出力される(図2のステップ7)。
目標過給圧変化ないし要求空気量変化は運転者によるア
クセル操作量が大であるほど、すなわち加速要求が大で
あるほど大きくなり、これに従って補正量BVOHOS
には大きな値が設定され、これによりバイパスバルブ開
度はより閉じ側へと補正されることになる。
【0025】図12は、上記制御による各部の状態およ
び過給圧変化の様子を示している。図示されるように、
定常時にはバイパスバルブ12がある程度開かれている
ことから過給機7は目標過給圧を達成するのに必要な速
度よりも若干高速で駆動される。この状態から加速等に
より要求負荷が増大すると、バイパスバルブ開度はその
時点での目標開度へと変化するのみならず、上記補正に
基づき、一時的に開度を減じる方向に駆動される。これ
により過給機7の回転上昇に先行して速やかに過給圧が
上昇するため、優れた加速応答性が発揮される。なお、
過給圧変化にはエンジン吸気系の容積に応じた時間的遅
れが生じる点を考慮して、このような加速時のバイパス
バルブ開度の補正はある程度の時間継続して行うように
する。
【0026】図13に要求負荷判定およびバイパスバル
ブ開度補正の他の処理手法を示す。これは、図8のもの
が目標過給圧変化DTPCをその基準値DTPCTLと
比較することで負荷判定していたのに対して、ステップ
31〜32に示されるように、過給機の目標回転速度変
化DNSCをその基準値DNSCTLと比較している点
で異なる。この場合、DNSC≧DNSCTLであれば
過渡時と判定して、図14のように設定されたマップを
参照してバイパスバルブ開度補正量BVOHOSを設定
し(ステップ33)、DNSC<DNSCTLであれば
定常時と判定して補正量BVOHOSを0とする(ステ
ップ34)。
【0027】図15に、本発明の第2の実施形態の機械
的構成を示す。図1と同一の部分には同一の符号を付し
て示してある。図1と異なるのは、過給機7を無段変速
機(CVT)15を介してエンジン2の出力により駆動
するように構成し、過給機7の回転速度を無段変速機の
変速比Rcにより制御するようにした点にある。図中の
16は無段変速機15と過給機7との間に設けたクラッ
チであり、回転伝達が不要なときにはこのクラッチ16
を切って過給機7を停止できるようにしている。なお無
段変速機によっては変速比をゼロに設定できるものがあ
り、そのようなものを適用する場合には必ずしもクラッ
チ16を設けなくともよい。
【0028】この実施形態の制御手法は図2と基本的に
は同一である。ただし、この実施形態では上述したよう
にエンジン回転速度Neを無段変速機15を介して変速
することにより目標回転速度TGNSCを達成している
点で図2のものとは異なる。このような制御によるとき
の各部の状態変化を図15に示す。これは、過給機7の
目標回転速度が0のときにはクラッチ16を切り、過給
が必要となったときにはクラッチ16をつないで過給機
7を駆動するようにした制御例を示している。加速時に
はクラッチ16の接続と共に無段変速機15の変速比R
cを減じることでエンジン回転が増速されて過給機7に
伝えられ、これにより目標値に向かって過給圧が上昇し
て行く。図には示していないが、この場合もバイパスバ
ルブ12の開度を図12と同様に制御する。これによ
り、加速時にはクラッチ16の接続や無段変速機15の
変速動作に要する応答遅れ時間を補って速やかに過給圧
を上昇させることができる。
【0029】ところで、図1のもののように過給機7を
電動機9により駆動する構成では、例えば主として常用
運転域での過給に対応するように小型の電動機を設けた
場合には、要求負荷が大きいときの目標とする過給機回
転速度に対して電動機9のトルクが不足して目標回転速
度を達成できない場合が発生しうる。これを避けようと
すれば電動機9が大型化し、常用運転域での使用を前提
とすれば無駄が生じる。また、図16のもののように無
段変速機15を介してエンジン出力により過給機7を駆
動する構成では、無段変速機15の変速比制御域の限界
から目標過給機回転速度にも限界を生じ得る。本発明で
は、このような機械的な限界による過給機回転速度の不
足にもバイパスバルブ12の開度を制御することで対応
することができる。すなわち、図17は前記回転限界発
生時の目標バイパスバルブ開度TBVOと実過給圧を含
む各部の状態変化を示したものであるが、図示したよう
に目標バイパスバルブ開度TBVOを図12の場合より
もさらに、最大限全閉位置まで補正してやることによ
り、過渡時の過給機7の回転不足を補って過給圧を速や
かに上昇させ、良好な加速応答性を発揮させることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の機械的構成の概略
図。
【図2】上記第1の実施形態における主制御ルーチンを
表す流れ図。
【図3】アクセル開度APOとエンジン回転速度Neと
に応じて目標トルクTTeを与えるマップの説明図。
【図4】回転速度Neと目標スロットル開度TVOとに
応じて目標過給圧TPCを与えるマップの説明図。
【図5】目標過給圧TPCに応じて目標バイパスバルブ
開度TBVOを与えるマップの説明図。
【図6】目標過給圧TPCと回転速度Neとに応じて目
標過給機回転速度TGNSCを与えるマップの説明図。
【図7】上記第1の実施形態における補助的な制御ルー
チンの第1例を表す流れ図。
【図8】上記第1の実施形態における補助的な制御ルー
チンの第2例を表す流れ図。
【図9】図7の制御ルーチンにおいて用いる、トルク-
空気量換算係数をエンジン回転速度毎に付与するマップ
の説明図。
【図10】図7の制御ルーチンにおいて用いる、要求空
気量変化に応じてバイパスバルブ開度補正量BVOHO
Sを与えるマップの説明図。
【図11】図8の制御ルーチンにおいて用いる、目標過
給圧変化に応じてバイパスバルブ開度補正量BVOHO
Sを与えるマップの説明図。
【図12】第1の実施形態による制御動作の説明図。
【図13】上記第1の実施形態における補助的な制御ル
ーチンの第3例を表す流れ図。
【図14】図12の制御ルーチンにおいて用いる、過給
機目標回転速度変化に応じてバイパスバルブ開度補正量
BVOHOSを与えるマップの説明図。
【図15】本発明の第2の実施形態の機械的構成の概略
図。
【図16】上記第2の実施形態における制御動作の説明
図。
【図17】本発明の制御動作に関する他の実施形態の説
明図。
【符号の説明】
1 コントロールユニット 2 エンジン 3 エアフローメータ 4 クランク角センサ 5 吸気通路 6 スロットルバルブ 7 過給機 8 アクセルセンサ 9 電動機 10 ベルト・プーリ機構 11 バイパス通路 12 バイパスバルブ 13 インタークーラ 15 無段変速機 16 クラッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 23/00 F02D 41/02 310D 41/02 310 43/00 301K 43/00 301 301R F02B 37/00 303A (72)発明者 風間 勇 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 石野 武 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 Fターム(参考) 3G005 EA19 EA20 FA04 GA18 GB18 GB45 GD02 JA06 JA24 JA39 JA40 JB02 3G084 BA00 BA03 BA05 BA07 CA04 CA06 DA05 FA07 FA10 FA12 FA32 FA33 FA38 3G092 AA01 AA18 BA02 BA03 BB02 DB02 DB04 DC03 DC04 DF01 DF06 EA02 EA08 EA26 EA27 EC09 FA10 GA12 GA13 HA02X HA02Z HA06X HA06Z HA10X HA16X HA17X HE01Z HE03Z HE06X HF08Z 3G301 HA01 HA11 JA03 KA12 KA16 LA02 LA03 LB01 LC03 MA12 NC02 PA02Z PA11Z PA16Z PE01Z PE03Z PE06Z PF03Z PF06Z PF11Z

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】吸気通路に過給機を介装したエンジンにお
    いて、 過給機を迂回するバイパス通路と、 バイパス通路の開度を調節するバイパスバルブと、 過給機の回転速度を制御する過給機回転速度調節手段
    と、 運転状態に応じて演算した目標過給圧から過給機の目標
    回転速度を演算し、該目標回転速度となるように過給機
    回転速度調節手段を制御する過給機制御手段と、 目標過給圧を用いて演算した目標開度となるようにバイ
    パスバルブを制御するバイパスバルブ制御手段と、を備
    えた過給機付きエンジンの制御装置。
  2. 【請求項2】目標過給圧はアクセル操作量とエンジン回
    転速度を用いて演算する請求項1に記載の過給機付きエ
    ンジンの制御装置。
  3. 【請求項3】吸気通路に備えたスロットルバルブを、ア
    クセル操作量とエンジン回転速度を用いて演算した目標
    スロットル開度に制御するスロットルバルブ制御手段を
    備えると共に、目標過給圧を前記目標スロットル開度と
    エンジン回転速度を用いて演算する請求項1に記載の過
    給機付きエンジンの制御装置。
  4. 【請求項4】要求負荷変化が基準値よりも小さいときに
    はバイパスバルブを目標過給圧に応じて演算した開度に
    開くと共に当該バイパスバルブ開度にて目標過給圧が得
    られるように過給機回転速度を制御し、要求負荷変化が
    基準値を超えたときにはバイパスバルブ開度を減少方向
    に補正すると共に目標過給圧を達成する過給機回転速度
    へと制御する請求項1に記載の過給機付きエンジンの制
    御装置。
  5. 【請求項5】過給機を電動機により駆動するように構成
    すると共に、該電動機を過給機回転速度調節手段として
    用いるようにした請求項1に記載の過給機付きエンジン
    の制御装置。
  6. 【請求項6】過給機をエンジン出力により駆動するよう
    に構成すると共に、エンジンと過給機との間に過給機回
    転速度調節手段として無段変速機を設けた請求項1に記
    載の過給機付きエンジンの制御装置。
  7. 【請求項7】バイパスバルブ制御手段は、過給機回転速
    度変化が基準値よりも大であるときにバイパスバルブ開
    度を減少方向に補正する請求項5または請求項7に記載
    の過給機付きエンジンの制御装置。
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