JP2001522016A - 可変形状ターボチャージャを制御するためのシステム及び方法 - Google Patents

可変形状ターボチャージャを制御するためのシステム及び方法

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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 内燃機関１２を有する自動車を制御するシステム１０と可変形状のターボチャージャ５０は、現在のターボチャージャ形状を示す出力を有するターボチャージャセンサを含む。ターボチャージャ形状は、制御可能なアクチュエータによって変えることができる。制御ロジック６２は、現在のエンジン状態に基づいて所望ターボチャージャ形状を決定する。制御ロジックは、現在のターボチャージャ形状を所望ターボチャージャ形状と比較することによって、誤差信号を決定する。アクチュエータは、誤差信号に基づいて、現在のターボチャージャ形状を変えて所望ターボチャージャ形状に近づけるべく、制御される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、可変形状ターボチャージャを具備する内燃機関を有する自動車の制
御のためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
内燃機関の制御において、従来の実際では、エンジン及びそれに関連するシス
テムの種々の機能を制御するために、揮発性及び非揮発性のメモリと、入出力ド
ライバ回路と、記憶された命令群を実行することのできるプロセッサとを備えた
電子制御ユニットを利用する。一つの特定の電子制御ユニットは、種々の機能を
制御するために、多数のセンサ、アクチュエータ、及びその他の電子制御ユニッ
トと接続される。それらの機能には、例えば、燃料供給、トランスミッション制
御、ターボチャージャ制御又はその他多数の機能が含まれる。
【０００２】 ターボチャージャは、タービンと圧縮機とからなる。エンジンの排気ガスの圧
力によってタービンが回転する。タービンは、通常これと同じ軸に取り付けられ
た圧縮機を駆動する。回転する圧縮機はターボ圧力上昇を生成し、それによって
、燃焼のときにパワーが増す。
【０００３】 可変形状のターボチャージャは、ロータグループに加えて複数の可動要素を有
する。これらの可動要素は、エンジンからの排気ガスが流れるタービン段落内の
面積を変えることによって、且つ／又は排気ガスがタービンに入る又はタービン
から出るときの角度を変えることによって、ターボチャージャ形状を変えること
ができる。ターボチャージャの形状に応じて、ターボチャージャがエンジンに供
給するターボ圧力上昇の量が変化する。可変形状ターボチャージャは、種々の動
作状態に基づいてターボ圧力上昇の量を変えるべく、電子的に制御されるもので
もよい。
【０００４】 可変形状ターボチャージャでは、タービンハウジングがエンジンに対して過大
となっていて、空気流れは、必要なレベルに絞られる。可変形状ターボチャージ
ャには数種類の設計がある。一つの設計では、一つの可変入口ノズルが、タービ
ンホイールに入る空気流の面積と角度を変えるように回動できるカスケード（段
階的な）複数のの可動翼を有する。他の設計では、ターボチャージャは、タービ
ンハウジングの実効断面積を変える可動側壁を有する。
【０００５】 従来の可変形状ターボチャージャ制御システムは、そこに記憶された圧力上昇
マップを有する電子制御装置を利用する。圧力上昇マップは、エンジン動作状態
の関数としてエンジンの最適圧力上昇を含んでいる。制御装置は、センサを用い
てエンジン動作状態を監視し、圧力上昇マップから所望の圧力上昇を決定する。
ターボチャージャ形状は、圧力上昇マップから得られた所望の圧力上昇に基づい
て、刻みごとに(incrementally)調整される。
【０００６】 現存する可変形状ターボチャージャ制御システムに関連する一つの主な問題点
は、ターボ圧力上昇が、ターボチャージャ形状の刻みごとの(incremental)変化 に対して時間応答が遅いことである。圧力上昇マップからの最適圧力上昇はエン
ジン動作状態の変化に応じて連続的に変化するので、ターボチャージャ形状の刻
みごとの変化に対するターボ圧力上昇の遅い応答時間は、ターボチャージャを正
確に制御することを困難にさせる。この遅い応答時間故に、可変形状ターボチャ
ージャのエミッション及びドライバビリティの利点の多くが得られなくなってし
まう。
【０００７】
【発明の概要】
したがって本発明の目的の一つは、可変形状ターボチャージャを具備する内燃
機関を有する自動車を制御する改良されたシステム及び方法を提供することにあ
る。
【０００８】 本発明の目的のもう一つは、広範囲のエンジン動作状態にわたって正確なター
ボ圧力上昇制御を可能とする可変形状ターボチャージャを具備する内燃機関を有
する自動車を制御する改良されたシステム及び方法を提供することにある。
【０００９】 本発明の上記目的及びその他の目的を達成するために、内燃機関と、現在のエ
ンジン状態を示す出力を有する複数のエンジンセンサと、制御可能なアクチュエ
ータによって形状が変えられる可変形状ターボチャージャとを有する自動車の制
御システム及び方法が提供される。ターボチャージャ形状は、制御可能なアクチ
ュエータによって変えられる。システムは、ターボチャージャ形状を示す出力を
有するターボチャージャセンサと、現在のエンジン状態に基づいて所望ターボチ
ャージャ形状を決定する制御ロジックと、現在のターボチャージャ形状を上記所
望ターボチャージャ形状と比較することによって誤差信号を決定する制御ロジッ
クと、を有する。制御ロジックは、誤差信号に基づいて、所望ターボチャージャ
形状に向かうべく現在のターボチャージャ形状を変えるようにアクチュエータを
制御する。
【００１０】 システムは更に、好ましくは、誤差信号の大きさが動作敷居値よりも大きいと
きに、その誤差信号に基づいて動作信号を決定する制御ロジックを有する。制御
ロジックは、少なくとも一つの制御タームを決定し、又、少なくとも一つの制御
ターム及び動作信号に基づいて、変調信号を決定する。変調信号は、アクチュエ
ータの入力に与えられる。
【００１１】 さらに、好ましい実施の形態では、本システムは、現在のエンジン状態に基づ
いて、通常モード及び少なくとも一つの特殊モードからなるグループから一つの
エンジン動作モードを選択する制御ロジックと、エンジン動作モードが各動作モ
ードであるときに所望ターボチャージャ形状を決定する制御ロジックと、を有す
る。通常モードでは、制御ロジックは、現在のエンジン状態に基づいて、第１の
エンジンパラメータの濾波された変化率を決定する。第１のエンジンパラメータ
の定常状態についての所望ターボチャージャ形状が決定され、又、第１のエンジ
ンパラメータの過渡状態についての所望ターボチャージャ形状が決定される。
【００１２】 所望ターボチャージャ形状は、第１のエンジンパラメータの定常状態に対する
所望ターボチャージャ形状、第１のエンジンパラメータの過渡状態に対する所望
ターボチャージャ形状、及び第１のエンジンパラメータの濾波された変化率に基
づく。好ましくは、所望ターボチャージャ形状は更に、形状オフセットに基づく
。形状オフセットは、第２のエンジンパラメータの濾波された変化率に基づく。
【００１３】 更に、好ましい実施の形態では、制御ロジックが、エンジン速度を示すエンジ
ン速度パラメータと、エンジントルク要求を示すエンジントルクパラメータとに
基づいて、所望ターボチャージャ形状を決定する。更に、所望ターボチャージャ
形状は、エンジン速度パラメータの濾波された変化率とエンジントルクパラメー
タの濾波された変化率とに基づくものでもよい。
【００１４】 更に本発明によれば、形状が変わる可変形状ターボチャージャを含む内燃機関
を有する自動車を制御するための、計算機によって実行可能な命令を表す情報を
記憶した、計算機で読取り可能な記憶媒体を含む装置が提供される。計算機で読
取り可能な記憶媒体は更に、ターボチャージャセンサの出力に基づいて現在のタ
ーボチャージャ形状を決定する命令と、所望ターボチャージャ形状を決定する命
令と、誤差信号を決定する命令と、アクチュエータを制御する命令と、を有する
。
【００１５】 更に本発明によれば、可変形状ターボチャージャを含む内燃機関を有する自動
車の制御方法を提供する。その方法は、ターボチャージャセンサ出力に基づいて
現在のターボチャージャ形状を決定するステップと、現在のエンジン状態に基づ
いて所望ターボチャージャ形状を決定するステップと、誤差信号を決定するステ
ップと、アクチュエータを制御するステップと、を有する。
【００１６】 本発明の効果は多数ある。例えば、本発明のシステム及び方法は、可変形状タ
ーボチャージャの制御を正確に行なうことができ、それによって、ターボ圧力上
昇が、エンジンの広範囲の速度、負荷及び動作モードにわたって、正確に制御で
きる。
【００１７】 本発明の上記目的及びその他の目的、特徴及び効果は、以下に示す発明の最良
の実施の形態の詳細な説明と添付図面とから、明らかである。
【００１８】
【発明の最良の実施の形態】
図１は、自動車の制御システムを示す。全体を符号１０で示すシステムは、そ
れぞれが燃料噴射器１４で燃料供給を受ける複数のシリンダを有する内燃機関１
２を含む。好適な実施形態では、エンジン１２は、圧縮点火内燃機関であって、
例えば４、６、８、１２、１６、２４シリンダのディーゼル機関又はその他必要
な数のシリンダを有するディーゼル機関である。従来からよく知られているよう
に、燃料噴射器１４は、一つ又は複数の高圧又は低圧のポンプ（図示せず）に接
続された供給系からの加圧された燃料を受容する。本発明の他の実施形態として
、それぞれのポンプが各１台の噴射器１４に燃料を供給する複数のユニットポン
プ（図示せず）を採用することもできる。
【００１９】 システム１０は、燃焼時にパワーの増大を生み出すためにシリンダ内に空気を
導く可変形状ターボチャージャ５０を含む。エンジン排気は、ライン５６を通じ
てターボチャージャタービン入口に導かれる。エンジン空気取入れ口に導かれた
空気は、圧縮機を通って、空気入口ライン５８を通してエンジンに導かれる。こ
こには説明のために単一ターボのターボチャージシステムが示されているが、本
発明のシステム及び方法では、複数ターボのターボチャージシステムでも採用で
きることが理解できる。
【００２０】 システム１０は更に、エンジン１２、自動車のトランスミッション（図示せず
）、ターボチャージャ５０及び他の自動車機器の対応する動作状態あるいはパラ
メータを示唆する信号を生成するための種々のセンサ２０を含んでいてもよい。
センサ２０は、入力ポート２４を通じて制御装置２２と電気的に接続されている
。制御装置２２は好ましくは、データ・制御バス３０を介して計算機で読取り可
能な種々の記憶媒体２８に接続されたマイクロプロセッサ２６を含む。計算機で
読取り可能な記憶媒体２８には、読取専用メモリ（ＲＯＭ）３２、ランダムアク
セスメモリ（ＲＡＭ）３４、キープアライブ(keep-alive)メモリ（ＫＡＭ）３６
等の多数の既知デバイスのどれを含んでもよい。計算機で読取り可能な記憶媒体
は、制御装置２２等の計算機を介して実行可能な命令を代表する情報を記憶する
ことのできる多数の既知の物理デバイスのいずれによって実行してもよい。既知
のデバイスには、一時的又は恒久的にデータ記憶が可能な磁気的、光学的、及び
組合せの媒体に加えて、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモ
リその他類似のものが含まれるが、これらには限定されない。
【００２１】 計算機で読取り可能な記憶媒体２８は、ソフトウェア、ファームウェア、ハー
ドウェア、マイクロコード、及び／又はディスクリート回路もしくは集積回路を
介して制御ロジックを実行し、エンジン１２、自動車トランスミッション（図示
せず）、ターボチャージャ５０等の自動車の種々のシステム及びサブシステムの
制御を行なう。制御装置２２は、入力ポート２４を通してセンサ２０からの信号
を受信して、出力信号を生成し、出力ポート３８を通じて種々のアクチュエータ
及び／又は機器に出力信号を送る。これらの信号は、自動車の運転手にシステム
動作関係の情報を伝えるべく、ライト４２等の種々のインジケータを含む表示装
置４０に提供してもよい。
【００２２】 データ、診断及びプログラミングインタフェース４４も、プラグ４６を介して
選択的に制御装置２２に接続して、種々の情報を互いに交換するようにしてもよ
い。インタフェース４４は、計算機で読取り可能な記憶媒体２８の中で、コンフ
ィギュレーション設定、校正変数、故障敷居値、アクション敷居値、制御ロジッ
ク、索引テーブル値等の値を変更するために使用することができる。
【００２３】 動作中に制御装置２２は、センサ２０から信号を受信し、現在のターボチャー
ジャ形状を変化させることのできるアクチュエータを制御することによって、所
望ターボチャージャ形状を目指して制御ロジックを実行する。所望ターボチャー
ジャ形状は、一つ又は複数のエンジン状態及び／又はエンジン状態を示すパラメ
ータに基づいて決定される。例えば、エンジン速度を示すエンジン速度パラメー
タ、濾波されたエンジン速度パラメータ変化率、現在のエンジントルク要求を示
すエンジントルクパラメータ、及び／又はエンジントルクパラメータ変化率を、
所望のターボチャージャ形状の基礎として使用してもよい。更に、必要により、
他のエンジン状態及び／又はエンジン状態を示すパラメータを使用してもよい。
好適な実施形態では、制御装置２２は、ミシガン州デトロイト市のデトロイトデ
ィーゼル社(Detroit Diesel Corporation)から入手可能なＤＤＥＣ制御装置であ
る。この制御装置の他の種々の特徴は、米国特許第5,477,827号及び同第5,445,1
28号に記載されている。これらの文献引用によって、これらはすべて明細書中に
取り入れられたと見做される。
【００２４】 引き続いて図１において、マイクロプロセッサ２６等のロジック制御装置は、
燃料噴射器１４に送られる信号を制御する。マイクロプロセッサ２６は、運転手
の要求と現在の運転状態に基づいて仮のエンジントルクを決定する。仮のエンジ
ントルクは、必要により、シリンダバランシングのための調節及び／又は適用さ
れるエンジントルク要求を決定する他の調節に依存させてもよい。その場合、燃
料噴射器１４に送られる信号は、適用されるエンジントルク要求に基づく。可変
形状ターボチャージシステム５０において、マイクロプロセッサ２６は、ターボ
チャージャシステムの現在のエンジン動作状態に基づいて、通常モード、開始モ
ード、アイドルモード、エンジンブレーキモード等の動作モードを決定する。所
望ターボチャージャ形状は、好ましくは、現在のエンジン動作モードに対応する
索引テーブルから決定され、後述のように、エンジン速度パラメータとエンジン
トルクパラメータによってインデックスを付けられる。
【００２５】 当業者にはわかるであろうが、制御ロジックは、種々の制御ロジック方法論の
内のどれでも、又どの組合せで実行するものであってもよい。種々の機能は、Ｄ
ＤＥＣ制御器等のプログラムされたマイクロプロセッサによって実現されるのが
好ましいが、専用の電気回路、電子回路又は集積回路によって実現される一つ又
は複数の機能を含んでもよい。又これも当然ながら、制御ロジックは、多数の既
知のプログラミング及び処理の技術又はステラテジのいずれを使って実現しても
よく、ここに説明する順番に制限されるものではない。例えば、割込み処理やエ
ベント駆動(event driven)処理は、自動車のエンジン又はトランスミッションの
制御等のリアルタイム制御の応用に典型的に採用されている。同様に、本発明の
目的と特徴と効果を実現するためには、並行処理又はマルチタスクのシステム及
び方法を使用することができる。本発明は、その制御ロジックを実現するのに使
用される特定のプログラム言語、オペレーティングシステム、或いはプロセッサ
に依存しない。
【００２６】 図２は、可変形状ターボチャージャ６４を含む内燃機関を有する自動車の制御
のための閉ループ制御システム６０を示す。制御システム６０は、制御ロジック
と、現在のエンジンの状態を示す出力を有する複数のエンジンセンサと、現在の
ターボチャージャ形状を示す出力を有する一つのターボチャージャセンサとを介
して実行される。可変形状ターボチャージャ６４は、ターボチャージャ形状を変
えるための制御可能なアクチュエータを含む。ターボチャージャ形状センサは種
々の方法で実現でき、好ましくは、シリンダ一体型位置センサである。ピストン
をシリンダ内で繰り出したり引き込んだりすることによって、シリンダを駆動し
、ターボチャージャの形状を変化させて、タービン入口翼のカスケードの位置を
実質的に調整することができる。他の実施形態として、シリンダ内のピストンの
繰出し又は引込みが、可動側壁の位置を実質的に調整するものでもよい。シリン
ダ内に適用する既知のセンサとしては、直線的可変インダクタンス変換器（ＬＶ
ＩＴ）及び直線的抵抗変換器（ＬＲＴ）が含まれる。シリンダは、好ましくは、
弁６６によって制御される流体源によって駆動される。他の形式のアクチュエー
タ／センサの組合せも考えられるのは勿論である。
【００２７】 弁６６は、適当な流体源に接続され、シリンダ内のピストンを動かすことによ
って、ターボチャージャの形状を変化させるように電子的に駆動が可能である。
シリンダに対するピストンの相対位置が、ターボチャージャ形状を決定（判定）
する。シリンダ内センサは、現在のターボチャージャ形状を示すピストン位置を
検出することができる。
【００２８】 閉ループ制御システム６０は、現在のエンジン状態に基づいて、所望ターボチ
ャージャ形状を決定するための制御ロジック６２を含む。閉ループ制御システム
６０は更に、例えば可変形状ターボチャージャ６４のシリンダ内位置センサの出
力を処理することによって現在のターボチャージャ形状を決定（判定）する制御
ロジックをも含む。制御ロジック６６は、現在のターボチャージャ形状を所望タ
ーボチャージャ形状と比較することによって、誤差信号を決定する。制御ロジッ
ク５４は、誤差信号に基づいて、所望ターボチャージャ形状を目標として現在の
ターボチャージャ形状を変化させるべく、弁６６等のアクチュエータを制御する
。
【００２９】 制御ロジック５４は、動作信号を決定する制御ロジック６８を含むのが好まし
い。誤差信号がある動作敷居値を超えないうちは、動作信号はずっとゼロである
。誤差信号が動作敷居値を超えたとき、制御ロジック６８は、最大の正のステッ
プと最大の負のステップの間に制限する。動作信号がトグリング(toggling)を起
こすのを防ぐために、動作敷居値はある種のヒステリシスをもつのが好ましい。
更に、正の敷居値と負の敷居値は必ずしも同じでなくともよく、各敷居値におけ
るヒステリシスの量は変わってもよい。制御ロジック７０からの過剰な反応を防
ぐために、動作信号は、制御ロジック６８によって制限される。
【００３０】 制御ロジック７０は、少なくとも一つの制御タームを決定するもので、好まし
くは比例積分微分制御器である。制御ロジック７０は、その制御タームと動作信
号に基づいて変調信号を決定する。好ましくは、制御ロジック７０は、パルス幅
変調された信号を決定するべく、制御ロジック７２と協動する。弁６６等のアク
チュエータは、そのようなパルス幅変調された信号によって駆動されるように構
成されており、制御ロジック７２は、アクチュエータの入力に変調信号を与える
。デジタル制御形式のシステムにはパルス幅変調が好ましいことは認識すべきで
あるが、振幅変調されたアナログ信号等の他の変調スキームも考えられる。
【００３１】 現時点のターボチャージャ形状は、ターボチャージャセンサによって監視され
、制御ロジック６２によって決定された所望ターボチャージャ形状と比較される
。エンジンが通常動作モードで動作しているとき、ＲＰＭＰＯＳロジック７４と
ＴＲＱＰＯＳロジック７６は、所望ターボチャージャ形状を決定するために使用
される。好ましくは、加算部７８はが、それぞれ、ＲＰＭＰＯＳロジック７４と
ＴＲＱＰＯＳロジック７６からの所望ターボチャージャ形状の第１及び第２の成
分を加算する。エンジンは、他の動作モードも持っていてもよい。例えば、開始
モードロジック８０によって所望ターボチャージャ形状が決定される開始モード
と、アイドルモードロジック８２によって所望ターボチャージャ形状が決定され
るアイドルモードと、（エンジンブレーキ作動中に）ブレーキモードロジック８
４によって所望ターボチャージャ形状が決定されるブレーキモード等である。本
発明によれば、制御ロジック６２による多数の方法のうちのいずれかの方法によ
って決定された所望ターボチャージ形状はすべて、ターボチャージャセンサ出力
から決定された現在のターボチャージャ形状と比較されることがわかる。誤差信
号は、アクチュエータを駆動するために変調された信号を決定するように処理さ
れる。上述の制御システム６２は、ループがターボチャージャ形状の周りで閉じ
ている閉ループ制御システムを提供する。
【００３２】 制御器は、一つの通常モードと、開始モード、アイドルモード、ブレーキモー
ド等の少なくとも一つの特殊モードとからなる群から一つのエンジン動作モード
を決定する。図３に最もよく表されているように、ＲＰＭＰＯＳロジック７４は
、エンジン動作モードが通常モードであるときに所望ターボチャージャ形状を決
定する。制御ロジック７４は、定常状態ロジック９２と過渡ロジック９４とを含
む。更に制御ロジック７４は、好ましくはエンジン速度パラメータ９６とトルク
要求パラメータ９８とＲＡＴＰ入力１００とを含む複数の入力を受信する。ＲＡ
ＴＰはエンジン速度変化率の大きさを示す。制御ロジック７４の出力１０２はＲ
ＰＭＰＯＳである。
【００３３】 トルクパラメータ９８がヒステリシス付きのエンジントルク要求制限を超えて
おらず、且つエンジン速度パラメータ９６がヒステリシス付きのエンジン速度制
限を越えていない場合は、ＲＰＭＰＯＳが、定常状態ロジック９２の出力か、Ｒ
ＡＴＰ入力１００に基づく過渡ロジック９４の出力のいずれかとして選択される
。ＲＡＴＰがヒステリシス付きのＲＡＴＰ敷居値を超えていないときは、ＲＰＭ
ＰＯＳが過渡ロジック９４の出力となる。ＲＡＴＰが、ヒステリシス付きのＲＡ
ＴＰ敷居値を超えているときは、ＲＰＭＰＯＳが定常状態ロジック９２の出力と
なる。
【００３４】 ＲＡＴＰの値に基づいて定常状態ロジック出力と過渡ロジック出力の間で直ち
に変わることの故に、エンジン速度の過渡に応じた加速の際に大幅な燃料経済性
を得ることができる。所望トルクがエンジントルク要求制限を越えたか、エンジ
ン速度がエンジン速度制限を越えたとき、ＲＰＭＰＯＳの決定にあたり、定常状
態ロジック９２と過渡ロジック９４の間の比較的消極的(less aggressive)な穏 やかな移行が実現できるように、直接ＲＡＴＰが使用される。所望トルクがトル
ク制限を越えたか、エンジン速度が速度制限を越えたとき、ＲＡＴＰは好ましく
はゼロと１の間の値に拡大縮小(scale)され、ＲＰＭＰＯＳ出力１０２に荷重和(
weighted sum)を提供するように、定常状態ロジック９２と過渡ロジック９４の 出力に適当に重み付けするのに使用される。その他の穏やかな移行アプローチも
組合せとして又は代替方法として採用可能なことが理解できよう。
【００３５】 図４において、エンジン動作モードが通常モードであるときに所望ターボチャ
ージャ形状を決定する制御ロジックは、更にＴＲＱＰＯＳ７６をも含む。ＴＲＱ
ＰＯＳ７６は、トルクロジック１１２を含み、エンジントルクパラメータ変化率
であるデルタトルク入力１１４を受信する。ＴＲＱＰＯＳ７６は更に、エンジン
速度パラメータ１１８をも受信する。デルタトルク１１４はフィルタ１１６で処
理され、濾波されたエンジントルクパラメータ変化率を決定する。フィルタ１１
６は、エンジントルクパラメータ変化率が正又は負の値からゼロに向かって動い
たときはいつでも、予め規定された時定数を用いてエンジントルクパラメータ変
化率を濾波する。エンジントルクパラメータ変化率が、正の方向に、又はエンジ
ントルクパラメータ変化率が負のときには負の方向に、ゼロから離れる方向に動
く場合は、突然のトルク要求又は突然のエンジンブレーキ要求に対する迅速な応
答を許すために、エンジントルクパラメータ変化率を濾波しない方が好ましい。
トルク要求ゼロに向かう突然の動き（例えばギヤシフトのときなどに起きる）は
、前のトルク要求の再適用の予測における時定数で濾波される。次にトルクロジ
ック１１２は、エンジン速度パラメータ１１８と、フィルタ１１６からの濾波さ
れたエンジントルクパラメータ変化率とに基づいて、ＴＲＱＰＯＳを決定する。
次に、ＴＲＱＰＯＳ出力１２０は、加算器７８（図２）で、ＲＰＭＰＯＳ出力１
０２（図３）と加算される。ＴＲＱＰＯＳは、トルク要求変化へのＲＰＭＰＯＳ
を補償するためのターボチャージャ形状オフセットを提供する。
【００３６】 図３及び４において、定常状態ロジック９２と過渡ロジック９４とトルクロジ
ック１１２は、好ましくは索引テーブルを介して実行される。定常状態ロジック
９２と過渡ロジック９４は、好ましくはエンジン速度パラメータとエンジントル
クパラメータによってインデックス付けされている。しかし、他のインデックス
又は追加の索引テーブル（例えば、強い過渡索引テーブルや弱い過渡索引テーブ
ル等）を採用する他の制御スキームも考えられるのはもちろんである。更に、ト
ルクロジック１１２は、濾波されたエンジントルクパラメータ変化率とエンジン
速度パラメータとによってインデックス付けされた索引テーブルを含む。しかし
、所望により、その他のインデックスで代用してもよい。定常状態ロジック、過
渡ロジック及びトルクロジックの索引テーブル及びその他の協動する索引テーブ
ルに含まれる値は、所望のエンジン特性結果を作るトレンド(trends)を持つ値を
含んでいる。これらの索引テーブルに含まれる値のトレンドは、所望のエンジン
特性（例えば、最大燃料経済性、最大特性等）に依存して変化しうる。更に、索
引テーブルは、解析関数又は部分直線(piecewise linear)モデル及び当業者に知
られた他のモデル等の他の種類のモデルで置き換えるか又はそれらを組み合わせ
てもよい。
【００３７】 図５は、可変形状のターボチャージャを含む内燃機関を有する自動車の制御の
ための本発明の方法を示す。ブロック１３０で、現在のターボチャージャ形状が
決定される。現在のターボチャージャ形状は、計算機で実行可能な命令等の制御
ロジックによって決定される。現在のターボチャージャ形状は、種々のセンサ構
造のうちのどの一つから決定してもよいが、好ましくは、ピストン／シリンダ形
式のアクチュエータ内に配置されたシリンダ内位置センサの出力から決定される
。ブロック１３２では、現在のエンジン状態に対する所望ターボチャージャ形状
が決定される。所望ターボチャージャ形状の決定には種々の方法がありうるが、
好ましくは、エンジン速度パラメータ、エンジン速度パラメータ変化率、エンジ
ントルクパラメータ及びエンジントルクパラメータ変化率に基づく前述の索引テ
ーブルによって決定される。しかし、現在のエンジン状態に対する所望ターボチ
ャージャ形状の決定には、エンジン状態及び／又はエンジン状態を示すエンジン
パラメータのどれを使用してもよいということが理解できよう。
【００３８】 ブロック１３４で、誤差信号が決定される。誤差信号は、現在のターボチャー
ジャ形状を、現在のエンジン状態に基づく所望ターボチャージャ形状と比較する
ことによって決定される。現在のターボチャージャ形状はターボチャージャセン
サ出力によって示され、所望ターボチャージャ形状は所望のセンサ出力として表
される。誤差信号を決定するために、現在のターボチャージャセンサ出力が上記
所望の出力と比較される。
【００３９】 好ましくは、誤差信号は、動作信号を決定するように制限され、更に動作信号
は、誤差信号の大きさが、ヒステリシスを有する動作敷居値を超えるときにのみ
決定される。ヒステリシスを有する動作敷居値と上記制限値によって、フィード
バック制御器の安定性を維持しつつ、より積極的な(aggressive)制御器ゲインが
許容される。
【００４０】 ブロック１３８では、少なくとも一つの制御タームが決定される。制御ターム
には、例えば比例ターム、積分ターム又は微分タームが含まれ、これらは、好ま
しくは一つの状態空間伝達関数として実行される。しかし、アナログフィードバ
ック制御システム又はアナログとデジタルの組合せシステムを採用することもで
きる。ブロック１４０では、制御タームと動作信号が、一つの変調された信号を
決定するように処理される。この変調信号は、好ましくは、可変形状のターボチ
ャージャのアクチュエータを駆動するためのパルス幅変調信号である。ブロック
１４２では、所望ターボチャージャ形状に向かうべく、現在のターボチャージャ
形状を変えるように、変調された信号がアクチュエータ入力に与えられる。
【００４１】 図６は、所望ターボチャージャ形状を決定するための本発明の好ましい方法を
示す。ブロック１５０では、濾波されたエンジン速度パラメータ変化率が決定さ
れる。エンジンが通常の動作モードで動作しているときは、ブロック１５２は、
定常状態のエンジン速度における所望ターボチャージャ形状を決定する。更に、
ブロック１５４は、過渡的エンジン速度における所望ターボチャージャ形状を決
定する。ブロック１５６では、定常状態及び過渡的な所望ターボチャージャ形状
に基づいて、仮の所望ターボチャージャ形状が決定される。エンジン速度パラメ
ータがエンジン速度制限よりも大きいか、又はエンジントルクパラメータがエン
ジントルク要求制限よりも大きいとき、仮の所望ターボチャージャ形状は、定常
状態及び過渡的な所望形状の荷重和である。各要素（成分）（即ち定常状態要素
と過渡要素）の荷重係数は、ＲＡＴＰ（これは、濾波され、制限され、拡大縮小
されたエンジン速度パラメータ変化率である）から決定される。エンジン速度パ
ラメータがエンジン速度制限よりも小さく、且つエンジントルクパラメータがト
ルク要求制限よりも小さいときは、所望ターボチャージャ形状は、ＲＡＴＰの値
に基づいて、定常状態形状又は過渡形状として選択される。
【００４２】 エンジンが通常モードで動作していないとき、即ち、エンジンが開始モード、
アイドルモード又はエンジンブレーキモード、又は、制御システムで実行される
他の特殊なエンジンモードで動作しているとき、所望ターボチャージャ形状は、
それぞれの特殊なエンジンモードについて、単一索引テーブル等の他の方法によ
って決定される。
【００４３】 好ましい実施形態では、通常動作モードで、濾波されたエンジントルクパラメ
ータ変化率は、ブロック１５８で決定される。ブロック１６０では、濾波された
エンジントルクパラメータ変化率に基づいて、形状オフセットが決定される。好
ましくは、形状オフセットは更に、エンジン速度パラメータに基づく。ブロック
１６０では、仮の所望ターボチャージャ形状及び形状オフセットに基づいて、現
在のエンジン状態に対する所望ターボチャージャ形状が決定される。
【００４４】 エンジン速度パラメータとエンジントルクパラメータは、所望ターボチャージ
ャ形状を決定するための好ましいエンジンパラメータであることが理解できよう
。所望により、エンジン速度及びトルクのパラメータを他のエンジンパラメータ
で代用したり、補充したりしてもよい。更に、本発明の実施の形態において、エ
ンジンの状態及びパラメータに基づいて所望ターボチャージャ形状を決定する他
の種々の方法を利用することもできる。
【００４５】 図７は、エンジン動作モードを決定するための本発明の方法を示す。開始ブロ
ック１７０で開始し、判定ブロック１７２で、エンジン開始モードのためのチェ
ックが行なわれる。エンジンが開始モードにあるときは、ブロック１７４は、制
御器が開始モードの所望形状を使用するように指示する。これは、好ましくは、
前述のように索引テーブルを介して実行される。判定ブロック１７６では、制御
器は、エンジンがアイドルモードで動作しているかどうかをチェックする。エン
ジンがアイドルモードで動作している場合は、ブロック１７８に示すように、制
御器は、アイドルモードの所望ターボチャージャ形状索引テーブルを使用する。
判定ブロック１８０では、制御器は、エンジンがエンジンブレーキモードにある
かどうかをチェックする。エンジンがエンジンブレーキモードにあると判断され
た場合は、ブロック１８２に示すように、ブレーキモードの所望ターボチャージ
ャ形状索引テーブルが使用される。エンジンが開始モード、アイドルモード又は
エンジンブレーキモードで動作していない場合、エンジンは、通常モードで動作
していると決定される。次いで、ブロック１８４に示すように、通常モードの所
望形状索引テーブルが使用される。
【００４６】 他の動作モードを以上説明したものに置き換えることもでき、又は、他の動作
モードを以上説明したものに補充してもよい。更に、モード決定プロセスは、種
々の方法で実行でき、判定ブロック１７２、１７６、１８０又はその他のどの判
定ブロックも順序を種々に変えることが可能なことが理解できる。
【００４７】 本発明のシステム及び方法は、可変形状ターボチャージャを備えた内燃機関を
有する自動車を制御できるものと理解できる。本発明のシステム及び方法は、現
在のターボチャージャ形状と現状のエンジン状態に対する所望ターボチャージャ
形状とから、誤差信号に基づく閉ループ制御を提供する。
【００４８】 発明を実現するための最も良好な実施形態を詳細に説明したが、本発明が関係
する技術に精通した者は、特許請求の範囲に定義される本発明を実現するために
、種々の代替設計と実施形態を認識するだろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 可変形状ターボチャージャを具備する内燃機関を有する自動車の
制御のためのシステムの模式図である。
【図２】 ターボチャージャ形状誤差信号に基づいてアクチュエータを制御
する本発明の閉ループ制御システムのブロック図である。
【図３】 通常動作モードにおける所望ターボチャージャ形状の第１の成分
（要素）であるＲＰＭＰＯＳを決定するための制御ロジックを示すブロック図で
ある。
【図４】 通常動作モードにおける所望ターボチャージャ形状の第２の成分
であるＴＲＱＰＯＳを決定するための制御ロジックを示すブロック図である。
【図５】 可変形状ターボチャージャを制御するための本発明の方法を示す
ブロック図である。
【図６】 エンジンが通常動作モードにあるときの所望ターボチャージャ形
状を決定するための本発明の方法を示すフローチャートである。
【図７】 現在のエンジン状態に基づいて、エンジン動作モードとそれに対
応するターボチャージャ形状を決定するための本発明の方法を示すフローチャー
トである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リーフリン クリストファー エム アメリカ合衆国 ミシガン州 48335 フ ァーミントン ヒルズ サウス レイクヴ ィュー コート 24609 アパートメント ＃302 Ｆターム(参考） 3G005 DA02 EA04 EA15 EA16 FA06 GA04 GB24 GC01 GD03 GD12 GE01 GE05 GE08 GE10 JA01 JA05 JA39

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関と、現在のエンジン状態を出力する複数のエンジン
    センサと、制御可能なアクチュエータによって形状が変えられる可変形状ターボ
    チャージャとを有する自動車を制御するためのシステムであって、そのシステム
    が、 現在のターボチャージャ形状を出力するターボチャージャセンサと、 上記現在のエンジン状態に基づいて所望ターボチャージャ形状を決定する制御
    ロジックと、 上記現在のターボチャージャ形状を上記所望ターボチャージャ形状と比較する
    ことによって誤差信号を決定する制御ロジックと、 上記誤差信号に基づいて、上記所望ターボチャージャ形状に向かうべく上記現
    在のターボチャージャ形状を変えるように上記アクチュエータを制御する制御ロ
    ジックと、 を有するシステム。
  2. 【請求項２】 上記アクチュエータを制御する制御ロジックが更に、 少なくとも一つの制御タームを決定する制御ロジックと、 上記少なくとも一つの制御ターム及び上記誤差信号に基づいて、変調信号を決
    定する制御ロジックと、 上記アクチュエータの入力に上記変調信号を与える制御ロジックと、 を有する請求項１記載のシステム。
  3. 【請求項３】 上記アクチュエータを制御する制御ロジックが更に、 上記誤差信号の大きさが動作敷居値よりも大きいときにその誤差信号に基づい
    て動作信号を決定する制御ロジックと、 少なくとも一つの制御タームを決定する制御ロジックと、 上記少なくとも一つの制御ターム及び上記動作信号に基づいて、変調信号を決
    定する制御ロジックと、 上記アクチュエータの入力に上記変調信号を与える制御ロジックと、 を有する請求項１記載のシステム。
  4. 【請求項４】 所望ターボチャージャ形状を決定する上記制御ロジックが更
    に、 上記現在のエンジン状態に基づいて、通常モード及び少なくとも一つの特殊モ
    ードからなるグループから一つのエンジン動作モードを選択する制御ロジックと
    、 上記エンジン動作モードが上記通常モードであるときに所望ターボチャージャ
    形状を決定する制御ロジックと、 上記エンジン動作モードが上記少なくとも一つの特殊モードであるときに所望
    ターボチャージャ形状を決定する制御ロジックと、 を有する請求項１記載のシステム。
  5. 【請求項５】 上記エンジン動作モードが上記通常モードであるときに所望
    ターボチャージャ形状を決定する制御ロジックが更に、 上記現在のエンジン状態に基づいて、第１のエンジンパラメータの濾波された
    変化率を決定する制御ロジックと、 上記第１のエンジンパラメータの定常状態に対する所望ターボチャージャ形状
    を決定する制御ロジックと、 上記第１のエンジンパラメータの定常状態に対する所望ターボチャージャ形状
    、上記第１のエンジンパラメータの過渡状態に対する所望ターボチャージャ形状
    、及び上記第１のエンジンパラメータの濾波された変化率に基づいて、上記所望
    ターボチャージャ形状を決定する制御ロジックと、 を有する請求項４記載のシステム。
  6. 【請求項６】 上記所望ターボチャージャ形状を決定する制御ロジックが更
    に、 第２のエンジンパラメータの濾波された変化率を決定する制御ロジックと、 上記第２のエンジンパラメータの濾波された変化率に基づいて形状オフセット
    を決定する制御ロジックと、 上記第１のエンジンパラメータの定常状態に対する所望ターボチャージャ形状
    、上記第１のエンジンパラメータの過渡状態に対する所望ターボチャージャ形状
    、及び上記形状オフセットに基づいて、上記所望ターボチャージャ形状を決定す
    る制御ロジックと、 を有する請求項５記載のシステム。
  7. 【請求項７】 内燃機関と、現在のエンジンの状態を示す複数のエンジンセ
    ンサと、制御可能なアクチュエータによって形状が変わる可変形状ターボチャー
    ジャとを有する自動車を制御するための、計算機によって実行可能な命令を表す
    情報を記憶した、計算機で読取り可能な記憶媒体を含む装置であって、上記計算
    機で読取り可能な記憶媒体は更に、 ターボチャージャセンサの出力に基づいて現在のターボチャージャ形状を決定
    する命令と、 上記現在のエンジン状態に基づいて、所望ターボチャージャ形状を決定する命
    令と、 上記現在のターボチャージャ形状を上記所望ターボチャージャ形状と比較する
    ことによって誤差信号を決定する命令と、 上記誤差信号に基づいて、上記所望ターボチャージャ形状に向かうべく上記現
    在のターボチャージャ形状を変えるように上記アクチュエータを制御する命令と
    、 を有する装置。
  8. 【請求項８】 上記アクチュエータを制御する制御命令が更に、 少なくとも一つの制御タームを決定する命令と、 上記少なくとも一つの制御ターム及び上記誤差信号に基づいて、変調信号を決
    定する命令と、 上記アクチュエータの入力に上記変調信号を与える命令と、 を有する請求項７記載の装置。
  9. 【請求項９】 上記アクチュエータを制御する制御命令が更に、 上記誤差信号の大きさが動作敷居値よりも大きいときにその誤差信号に基づい
    て動作信号を決定する命令と、 少なくとも一つの制御タームを決定する命令と、 上記少なくとも一つの制御ターム及び上記動作信号に基づいて、変調信号を決
    定する命令と、 上記アクチュエータの入力に上記変調信号を与える命令と、 を有する請求項７記載の装置。
  10. 【請求項１０】 所望ターボチャージャ形状を決定する上記制御命令が更に
    、 上記現在のエンジン状態に基づいて、通常モード及び少なくとも一つの特殊モ
    ードからなるグループから一つのエンジン動作モードを選択する命令と、 上記エンジン動作モードが上記通常モードであるときに所望ターボチャージャ
    形状を決定する命令と、 上記エンジン動作モードが上記少なくとも一つの特殊モードであるときに所望
    ターボチャージャ形状を決定する命令と、 を有する請求項７記載の装置。
  11. 【請求項１１】 上記エンジン動作モードが上記通常モードであるときに所
    望ターボチャージャ形状を決定する制御命令が更に、 上記現在のエンジン状態に基づいて、第１のエンジンパラメータの濾波された
    変化率を決定する命令と、 上記第１のエンジンパラメータの定常状態に対する所望ターボチャージャ形状
    を決定する命令と、 上記第１のエンジンパラメータの定常状態に対する所望ターボチャージャ形状
    、上記第１のエンジンパラメータの過渡状態に対する所望ターボチャージャ形状
    、及び上記第１のエンジンパラメータの濾波された変化率に基づいて、上記所望
    ターボチャージャ形状を決定する命令と、 を有する請求項１０記載の装置。
  12. 【請求項１２】 上記所望ターボチャージャ形状を決定する制御命令が更に
    、 第２のエンジンパラメータの濾波された変化率を決定する命令と、 上記第２のエンジンパラメータの濾波された変化率に基づいて形状オフセット
    を決定する命令と、 上記第１のエンジンパラメータの定常状態に対する所望ターボチャージャ形状
    、上記第１のエンジンパラメータの過渡状態に対する所望ターボチャージャ形状
    、及び上記形状オフセットに基づいて、上記所望ターボチャージャ形状を決定す
    る命令と、 を有する請求項１１記載の装置。
  13. 【請求項１３】 内燃機関と、現在のエンジン状態を示す出力を有する複数
    のエンジンセンサと、制御可能なアクチュエータによって形状が変えられる可変
    形状ターボチャージャとを有する自動車の制御方法であって、その方法は、 ターボチャージャセンサ出力に基づいて現在のターボチャージャ形状を決定す
    るステップと、 上記現在のエンジン状態に基づいて所望ターボチャージャ形状を決定するステ
    ップと、 上記現在のターボチャージャ形状を上記所望ターボチャージャ形状と比較する
    ことによって誤差信号を決定するステップと、 上記誤差信号に基づいて、上記所望ターボチャージャ形状に向かうべく上記現
    在のターボチャージャ形状を変えるように上記アクチュエータを制御するステッ
    プと、 を有する方法。
  14. 【請求項１４】 上記アクチュエータを制御するステップが更に、 少なくとも一つの制御タームを決定するステップと、 上記少なくとも一つの制御ターム及び上記誤差信号に基づいて、変調信号を決
    定するステップと、 上記アクチュエータの入力に上記変調信号を与えるステップと、 を有する請求項１３記載の方法。
  15. 【請求項１５】 上記アクチュエータを制御するステップが更に、 上記誤差信号の大きさが動作敷居値よりも大きいときにその誤差信号に基づい
    て動作信号を決定するステップと、 少なくとも一つの制御タームを決定するステップと、 上記少なくとも一つの制御ターム及び上記動作信号に基づいて、変調信号を決
    定するステップと、 上記アクチュエータの入力に上記変調信号を与えるステップと、 を有する請求項１３記載の方法。
  16. 【請求項１６】 所望ターボチャージャ形状を決定する上記ステップが更に
    、 上記現在のエンジン状態に基づいて、通常モード及び少なくとも一つの特殊モ
    ードからなるグループから一つのエンジン動作モードを選択するステップと、 上記エンジン動作モードが上記通常モードであるときに所望ターボチャージャ
    形状を決定するステップと、 上記エンジン動作モードが上記少なくとも一つの特殊モードであるときに所望
    ターボチャージャ形状を決定するステップと、 を有する請求項１３記載の方法。
  17. 【請求項１７】 上記エンジン動作モードが上記通常モードであるときに所
    望ターボチャージャ形状を決定するステップが更に、 上記現在のエンジン状態に基づいて、第１のエンジンパラメータの濾波された
    変化率を決定するステップと、 上記第１のエンジンパラメータの定常状態に対する所望ターボチャージャ形状
    を決定するステップと、 上記第１のエンジンパラメータの定常状態に対する所望ターボチャージャ形状
    、上記第１のエンジンパラメータの過渡状態に対する所望ターボチャージャ形状
    、及び上記第１のエンジンパラメータの濾波された変化率に基づいて、上記所望
    ターボチャージャ形状を決定するステップと、 を有する請求項１６記載の方法。
  18. 【請求項１８】 上記所望ターボチャージャ形状を決定するステップが更に
    、 第２のエンジンパラメータの濾波された変化率を決定するステップと、 上記第２のエンジンパラメータの濾波された変化率に基づいて形状オフセット
    を決定するステップと、 上記第１のエンジンパラメータの定常状態に対する所望ターボチャージャ形状
    、上記第１のエンジンパラメータの過渡状態に対する所望ターボチャージャ形状
    、及び上記形状オフセットに基づいて、上記所望ターボチャージャ形状を決定す
    るステップと、 を有する請求項１７記載の方法。
  19. 【請求項１９】 複数のシリンダを有する内燃機関と、 上記複数のシリンダに燃料を供給する複数の燃料噴射器と、 現在のエンジン状態を示す出力を有する複数のエンジンセンサと、 ターボチャージャの形状を変えるための制御可能なアクチュエータを有する可
    変形状ターボチャージャと、 現在のターボチャージャ形状を示す出力を有するターボチャージャセンサと、 上記現在のエンジン状態に基づいて所望ターボチャージャ形状を決定する制御
    ロジックと、 上記現在のターボチャージャ形状を上記所望ターボチャージャ形状と比較する
    ことによって誤差信号を決定する制御ロジックと、 上記誤差信号に基づいて、上記所望ターボチャージャ形状に向かうべく上記現
    在のターボチャージャ形状を変えるように上記アクチュエータを制御する制御ロ
    ジックと、 を有する自動車制御システム。
  20. 【請求項２０】 複数のシリンダを有する内燃機関と、 その複数のシリンダに燃料を供給する複数の燃料噴射器と、 現在のエンジン状態を示す出力を有する複数のエンジンセンサと、 ターボチャージャの形状を変えるための制御可能なアクチュエータを有する可
    変形状ターボチャージャと、 現在のターボチャージャ形状を示す出力を有するターボチャージャセンサと、 エンジン速度を示すエンジン速度パラメータを決定する制御ロジックと、 エンジントルク要求を示すエンジントルクパラメータを決定する制御ロジック
    と、 上記エンジン速度パラメータ及びエンジントルクパラメータに基づいて所望タ
    ーボチャージャ形状を決定する制御ロジックと、 上記現在のターボチャージャ形状を上記所望ターボチャージャ形状と比較する
    ことによって誤差信号を決定する制御ロジックと、 上記誤差信号に基づいて、上記所望ターボチャージャ形状に向かうべく上記現
    在のターボチャージャ形状を変えるように上記アクチュエータを制御する制御ロ
    ジックと、 を有する自動車制御システム。
  21. 【請求項２１】 所望ターボチャージャ形状を決定する上記制御ロジックが
    更に、 上記エンジン速度パラメータの濾波された変化率を決定する制御ロジックと、 上記エンジン速度パラメータ、上記濾波されたエンジン速度パラメータ変化率
    及び上記エンジントルクパラメータに基づいて、所望ターボチャージャ形状を決
    定する制御ロジックと、 を有する請求項２０記載の自動車制御システム。
  22. 【請求項２２】 所望ターボチャージャ形状を決定する上記制御ロジックが
    更に、 上記エンジンエンジントルクパラメータの濾波された変化率を決定する制御ロ
    ジックと、 上記エンジン速度パラメータ、上記エンジントルクパラメータ及び上記濾波さ
    れたエンジントルクパラメータ変化率に基づいて、所望ターボチャージャ形状を
    決定する制御ロジックと、 を有する請求項２０記載の自動車制御システム。
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