JP2004225648A - 電動過給機構の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】バイパス弁に閉弁指令が入力されてから閉弁動作終了までの間に電動機の回転速度が目標値よりも上昇することによって発生するトルク段差を防止する。
【解決手段】ターボ過給機3と、前記ターボ過給機3の下流に設けられた電動過給機4と、前記電動過給機4を迂回して前記電動過給機4の上流と下流の吸気通路をつなぐバイパス通路10と、前記バイパス通路10を開閉するバイパス弁6と、車両の加速要求を検出する手段16と、前記加速要求を検出したときに前記電動過給機4と前記バイパス弁6とを互いに関連付けて制御する制御手段であって、目標回転速度として前記電動機4bの下流の吸気通路12を流れる空気量が上流の空気量以上になる回転速度を設定し、現時点の電動機4bの回転数から前記開閉弁6の動作時間後の予測回転速度を算出し、前記予測回転速度が前記目標回転速度に達した時に前記バイパス弁6に閉弁指令を出す制御手段を有する電動過給機機構の制御装置。
【選択図】 図6

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機により駆動する過給機を備えた内燃機関の過給装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
エンジン出力を向上させるために、排気圧力により吸入空気を加圧するターボ過給機を装着する技術が知られている。しかしながら、ターボ過給機には過給に遅れが生じる、いわゆるターボラグや、エンジン低回転域では過給できないといった欠点がある。
【0003】
そこで、ターボ過給機の他に、電動で動作する電動過給機を加える技術が特許文献1に開示されている。
【0004】
特許文献1では、電動過給機のコンプレッサとターボ過給機のコンプレッサとの間に、吸気経路を切換えるバイパス弁を配置し、電動過給機の運転状態に応じてバイパス弁の動作を制御している。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−21573号公報
【0006】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら特許文献1にはバイパス弁の制御について詳細な記述はない。バイパス弁は弁板の回転により開弁状態と閉弁状態を切換えるため、全開状態から全閉状態になるまでに弁板が回転する分だけ時間を要する。したがって、バイパス弁制御手段が制御信号を発信してからバイパス弁が動作完了するまでに遅れ時間を生じる。
【0007】
したがって例えば、電動過給機の回転速度が目標値に達してから閉弁信号を発信すると、前記バイパス弁が動作している間に電動過給機の回転速度は目標値よりも高くなり、前記バイパス通路を空気が逆流してエンジンに十分な空気が供給されず、トルク段差を生じる。
【0008】
そこで、本発明は前記遅れ時間を考慮してバイパス弁に信号を送ることによって、上記問題を解決することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の制御装置は、エンジンの排気ガスにより駆動されるターボ過給機と、前記ターボ過給機の下流の吸気通路に設けられ、電動機によって駆動される電動過給機と、前記電動過給機を迂回して前記電動過給機の上流と下流の吸気通路をつなぐバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、車両の加速要求を検出する手段と、前記加速要求を検出したときに前記電動過給機を稼働させ、その後に前記バイパス弁を閉じる制御手段とで構成される電動過給機構の制御装置であって、前記電動機の下流の吸気通路を流れる空気量がエンジンの吸入空気量とほぼ一致する目標回転速度を設定し、現時点の電動機の回転数から前記開閉弁の閉弁動作に要する遅れ時間経過後の予測回転速度を算出し、前記予測回転速度が前記目標回転速度に達した時に前記バイパス弁に閉弁指令を出す制御手段を有する。
【0010】
【作用・効果】
本発明によれば、バイパス弁の開閉動作の間に上昇する電動機の回転速度を予測してバイパス弁に駆動指令を送るので、バイパス弁が全閉状態になったときに電動機の回転速度が目標回転速度に達する。したがってバイパス弁の開閉動作にともなうトルク段差の発生を防止することが可能となる。
【0011】
【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。
【0012】
第1実施形態の構成を図1に示す。
図1は車両に搭載した本発明のシステムを示す図であり、11はエンジン、3はエンジン11の排気ガスによって駆動するターボ過給機である。
【0013】
ターボ過給機3の上流の吸気通路7にはエアクリーナ1とエアクリーナ1から吸入した吸気量Qaを計測するエアフロメータ(AFM)2を設置する。
【0014】
ターボ過給機3の下流の吸気通路8には、駆動モータ4bによってコンプレッサ4aを駆動して過給を行う電動過給機4と、電動過給機4を迂回して吸気通路8とさらに下流の吸気通路9をつなぐバイパス通路10およびバイパス通路10を開閉するバイパス弁6を設置する。
【0015】
なお、本実施形態において電動過給機4はルーツタイプの容積型過給機とする。
【0016】
したがって、電動過給機4が停止しているときは空気がコンプレッサ4aを通過することができないので、空気をバイパスさせるためにバイパス通路10を設ける必要がある。
【0017】
電動過給機4は、電動機4bにより駆動されるため、回転速度がエンジン11の回転数に依存せず、過給圧が高まるまでの時間がターボ過給機3よりも短い。
【0018】
そこでこの特性を生かして、エンジン11が低回転域にある状況や、過給に遅れが生じるターボラグといったターボ過給機3が過給を行えない状況で、ターボ過給機3の過給が高まるまでの過給を賄うために電動過給機4を稼働させる。
【0019】
電動過給機4と連動してバイパス通路10を開閉するバイパス弁6は、アクチュエータ6bとアクチュエータ6bによって駆動される開閉弁6aとで構成される。
【0020】
これら電動過給機4とバイパス弁6を制御するためにコントロールユニット(ECM)5が備えられる。ECM5は、車両の加速要求があったとき、特に加速初期にターボ過給機3によるターボラグがある間、例えば数秒間、電動過給機4を作動させると共にバイパス弁6を開閉させて過給圧のつながりが滑らかとなるように過給を行わせる。
【0021】
ECM5には、電動過給機4の回転シャフト4cの近傍に配置した回転速度センサ13によって検出したコンプレッサ4aの回転速度および加速要求検出手段16によって検出した加速要求が、それぞれ回転速度検出信号Nc、加速要求検出信号Thとして読み込まれる。
【0022】
加速要求検出手段16は吸気通路9に介装したスロットルバルブ16aの開度(あるいはアクセル開度)を検出するもので、スロットルバルブ16aの開度が予め定めた敷居値を超えた場合に、車両が加速要求状態であると判断し、加速要求検出信号ThをECM5に送る。ただし、前記敷居値は一定の値、もしくはエンジン回転数に応じて徐々に大きくなるように決められる値となっている。
【0023】
加速要求信号ThがECM5に読み込まれると、ECM5は電動機4bに駆動指令を送る。このときバイパス弁6は開いたままである。そのまま加速が継続すると電動機4bの回転速度Nが上昇し、エンジン11が吸入する空気量Qaと電動コンプレッサ4aを通過する空気量Qsが等しくなる。このときバイパス通路9を流れる空気量はゼロである。ECM5はこの状態を検知してバイパス弁6を閉じる。このままバイパス弁6を開いていると、電動過給機4の下流の吸気通路12の圧力が上流の圧力よりも高くなり、空気がバイパス通路9を逆流してしまい、エンジン11に供給されなくなるためである。
【0024】
エンジン11が吸入する空気量Qaはエアフロメータ2によって検出する。
【0025】
電動過給機4を通過する空気量Qsは電動機4bの回転速度Nによっておおよそ次式(1)のように定まる。
【0026】
Qs=変換係数A×コンプレッサー回転速度N ・・・(1)
変換係数A:コンプレッサ4bが一回転毎に送り出す空気量等
上記のエンジン11が吸入する空気量Qaと電動過給機4を通過する空気量が一致した瞬間に、バイパス弁6が完全に閉じていることが理想である。この時の電動機4bの回転数を目標回転速度NTとすると、電動機4bが目標回転速度NTになった瞬間にバイパス弁6を閉じればよい。
【0027】
しかし、バイパス弁6に閉弁信号が入力されてから完全に閉じるまでには一定の遅れ時間Tが生じる。したがって、本実施形態では、ECM5がこの遅れ時間Tを考慮してバイパス弁6に指令信号を送るようになっている。
【0028】
図2にECM5で行われる本実施形態の制御フローを示す。
【0029】
ステップS100では、車両が加速中であるか否かの判定を行う。
【0030】
加速中である場合は、ステップS101に進み、電動過給機4が稼動中か否かの判定を行う。
【0031】
ステップS101で電動過給機4が稼動中であると判定した場合には、ステップS105に進み、バイパス弁6が開いているか否かの判定を行う。
【0032】
なお、ステップS101で電動過給機4が停止中である場合はステップS102に進み、電動過給機4を稼働させる。
【0033】
ステップS105でバイパス弁6が開いていると判定した場合は、ステップS106に進み、エンジン吸入空気量Qaから、前述した電動過給機4の目標回転速度NTを求める。
【0034】
ステップS107では、後述するフローに従って遅れ時間T経過後の予測回転速度NFを求めてステップS108に進む。
【0035】
ステップS107でECM5がおこなう制御を図3に示したフローチャートを用いて説明する。
【0036】
ステップS201では、電動過給機4のシャフト4c近傍に設けた回転センサ13によって検出した、現在の電動機4bの回転速度Nを読み込む。
【0037】
ステップS202では、前記回転センサ13の検出値から実際の電動機4bの回転上昇速度ΔNを読み込む。
【0038】
ステップS203では、電動機4bの電流値I、電圧値Vを読み込む。
【0039】
ステップS204では、図4に示す回転上昇予測値のテーブルを検索して、遅れ時間Tの間に上昇する回転速度ΔNMAPを求める。図4のテーブルは、回転速度Nが高くなるほど回転上昇予測値が小さくなっている。これは、図5に示した一般的な電動機の特性図からわかるように、電動機は回転速度が高くなるほどトルクが低下する特性を持つので、回転速度が高くなるほど一定時間に上昇する回転数が少なくなるからである。
【0040】
ステップS205では、電動機4bの回転上昇速度が電動機4bにかかる負荷の変化や経時劣化等によって変化することを考慮して、回転上昇実速度ΔNを逐次検出し、この検出値から回転上昇予測値ΔNMAPの補正を行い、ΔN1とする。
【0041】
ステップS206では、電動機4bの回転上昇速度が電流値Iにより変化することを考慮して、検出した電流値Iを用いてステップS205で求めた回転上昇予測値ΔN1を補正してΔN2とする。
【0042】
ステップS207では電動機4bの回転上昇速度が電圧値Vにより変化することを考慮して、検出した電圧値Vを用いてステップS206で求めた回転上昇予測値ΔN2を補正してΔN3とする。
【0043】
ステップS208では、ステップS201で読み込んだ電動機4bの回転速度Nに、上記で求めた回転上昇速度ΔN3と遅れ時間Tを積算して求めた上昇予測値ΔNEを加えて遅れ時間T後の予測回転速度NFを求める。
【0044】
以上のように予測回転速度NFを求め、図2のステップS108へと進む。
【0045】
なお、ステップS205〜S207において補正を行っているが、必ずしもすべての補正を行う必要はなく、いずれか1つのみ、もしくは2つでもかまわない。
【0046】
ステップS108では上記予測回転速度NFが目標回転速度NT以上であるか否かの判定を行い、予測回転速度NFが目標回転速度NTと一致もしくはそれ以上であった場合はステップS109に進み、バイパス弁6を閉じる。予測回転速度NFが目標回転速度NTより低い場合はバイパス弁6を開いたまま、ステップS100に戻る。
【0047】
ステップS100で車両が加速中でない場合にはステップS103でバイパス弁6を開き、ステップS104で電動過給機4を停止する。
【0048】
上記のフローに従って制御を行なった場合のタイムチャートを図6に示す。
【0049】
でスロットルバルブ16の開度が加速要求開度として設定した敷居値を超えた瞬間(t=t0)にECM5は電動機駆動指令を出す。
【0050】
電動機4bは駆動を開始して回転速度Nが上昇し、それに伴って予測回転速度NFも上昇する。そしてt=t1のときに予測回転速度NFが目標回転速度NTに達すると、ECM5はバイパス弁6に閉弁指令を出す。
【0051】
閉弁指令を受けたバイパス弁6は閉弁動作を開始するが、全閉状態になるのはt=t2である。このt1からt2までの時間が遅れ時間Tである。遅れ時間Tの間も電動機4bの回転速度は上昇し続けて、t=t2の時点で目標回転速度NTになっている。
【0052】
以上のことから、本実施形態ではバイパス弁6が閉弁指令を受けてから全閉状態になるまでの遅れ時間Tの間に電動機4bの回転速度が上昇することを考慮して予測回転速度NFを設定し、この予測回転速度NFが目標回転速度NTになった時点で閉弁指令を出すので、電動機4bが目標回転速度になったときに、同時にバイパス弁6が全閉状態となり、閉弁時のトルク変動を防止することができる。
【0053】
回転上昇予測値テーブルから検索した回転上昇予測値を、逐次検出した回転上昇実速度ΔNに基づいて補正しているので、電動機4bにかかる負荷の変化や経時劣化等によって回転上昇速度が変化しても、正確な予測回転速度NFを求めることができる。
【0054】
回転上昇予測値テーブルから検索した回転上昇予測値を、電動機4bの電流値I、電圧値Vに基づいて補正しているので、運転状態、発電状態およびバッテリ容量等が変化しても正確な予測回転速度NFを求めることができる。
【0055】
第2実施形態について説明する。
【0056】
本実施形態の電動過給機構の構成は第1実施形態と同様である。制御に関しては第1実施形態のフローチャートのステップS107に相当するステップ、つまり遅れ時間T後の予測回転速度NFの求め方のみが異なり、他は第1実施形態と同様である。
【0057】
予測回転速度NFは、電動機4b駆動開始時の回転速度Nに、図7に示したテーブルから検索した回転上昇予測値を加えることによって求める。
【0058】
図7のテーブルは、電動機4bの駆動時間に対する回転上昇予測値を示しており、駆動時間とともに回転上昇予測値も大きくなっている。バイパス弁6の開閉動作時間、つまり遅れ時間Tは原則的に一定なので、前記テーブルから遅れ時間Tで検索することによって求める回転上昇予測値も一定である。したがってバイパス弁6の開閉動作時間を実験などにより予め求めておけば、回転上昇予測値も予め定まり、電動機4b駆動時の回転速度Nに前記回転上昇予測値を加えることで予測回転速度NFが求まる。
【0059】
以上により、本実施形態では第1実施形態と同様の効果に加えて、回転上昇予測値が予め定まるので制御を単純化できるという効果がある。
【0060】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態のシステム構成を表す図である。
【図2】第1実施形態の制御フローチャートである。
【図3】予測回転速度を決定するフローチャートである。
【図4】電動機の回転速度に対する回転上昇予測値テーブルである。
【図5】電動機の特性図である。
【図6】第1実施形態の制御のタイムチャートである。
【図7】電動機の駆動時間に対する回転上昇予測値テーブルである。
【符号の説明】
1 エアクリーナ
2 エアフロメータ
3 ターボ過給機
4 電動過給機
4a コンプレッサ
4b 電動機
4c シャフト
5 コントロールユニット(ECM、制御手段)
6 バイパス弁
6a 開閉弁
6b アクチュエータ
7 吸気通路
8 吸気通路
9 吸気通路
10 バイパス通路
11 エンジン
13 回転センサ
16 スロットル弁(加速要求検知手段)

Claims (4)

  1. エンジンの排気ガスにより駆動されるターボ過給機と、
    前記ターボ過給機の下流の吸気通路に設けられ、電動機によって駆動される電動過給機と、
    電動機の回転速度を検出する手段と、
    前記電動過給機を迂回して前記電動過給機の上流と下流の吸気通路をつなぐバイパス通路と、
    前記バイパス通路を指令信号に応じて開閉するバイパス弁と、
    車両の加速要求を検出する手段と、
    前記加速要求を検出したときに前記電動過給機を稼働させ、その後に前記バイパス弁を閉じる制御手段であって、
    前記電動過給機を流れる空気量がエンジンの吸入空気量とほぼ一致する電動機の目標回転速度を設定し、
    現時点の電動機の回転速度から前記バイパス弁の閉動作に要する時間の経過後の電動機の予測回転速度を算出し、前記予測回転速度が前記目標回転速度に達した時に前記バイパス弁に閉弁指令を出す制御手段と、を有する電動過給機機構の制御装置。
  2. 前記制御手段は、電動機の回転上昇特性テーブルを検索して予測回転速度を求める請求項1に記載の電動過給機構の制御装置。
  3. 前記制御手段は、実際の電動機の回転上昇速度を逐次検出して前記回転上昇特性の補正を行う請求項2に記載の電動過給機構の制御装置。
  4. 前記制御手段は、電動機の電流値および電圧値のいずれか一方または両方を逐次検出して前記回転上昇特性の補正を行う請求項2または3に記載の電動過給機構の制御装置。
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