JP2004293442A

JP2004293442A - 電動過給機構の制御装置

Info

Publication number: JP2004293442A
Application number: JP2003087941A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Fujimura; 健一藤村; Katsuhiko Kawamura; 克彦川村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: JP3933075B2

Abstract

【課題】ターボ過給機と電動過給機の過給切り替え弁が閉固着した場合であっても、エンジンを起動して自走可能にすることを目的とする。
【解決手段】ターボ過給機３の下流の吸気通路８に電動機４ｂによって駆動される電動過給機４を設け、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８、９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とを設け、前記電動過給機４からターボ過給機３へ過給切り替えを行う時に、前記電動過給機４と前記バイパス弁６とを関連づけて制御する電動過給機構の制御装置であって、エンジン１１始動時にはエンジン１１を始動する前に前記電動過給機４を駆動する電動過給機駆動手段を有する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の過給装置に関し、特に排気ガスによって駆動するターボ過給機と、電動機によって駆動する電動過給機とを備える過給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からエンジンの出力を上げる技術として、排気圧力により吸入空気を加圧するターボ過給機が知られている。しかしながら、ターボ過給機にはエンジン低回転域では過給できないことや、過給に遅れが生じる、いわゆるターボラグが欠点として知られている。
【０００３】
そこで、ターボ過給機の他に電動機によって駆動する電動過給機を設置し、ターボ過給機の欠点を補う方法が特許文献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ーとターボ過給機のコンプレッサーとの間の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することで電動過給の圧力を調整している。
【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にはバイパス弁が閉じた状態で固着（以下、閉固着という）した場合の故障検知方法や、閉固着検知時の電動過給機の制御方法については記載されていない。
【０００７】
電動過給機とターボ過給機とを吸気通路中に並列に有する過給システムの場合、ターボ過給機の過給圧が高まると、電動過給機を停止する。このとき前記両過給機の間に設けられたバイパス弁が閉固着していると、ターボ過給機のコンプレッサーを通過した吸入空気が電動過給機およびバイパス弁によってそれぞれ堰き止められるのでエンジンの吸入空気量が著しく低下し、ショックやエンスト等が発生する。また、車両停止時に、水の浸入等によるバルブ駆動回路のショートや、異物付着等が原因で閉固着した場合には、エンジン始動時に吸入空気量が著しく低下、もしくは全く吸入されなくなり、エンジン始動不可能になる場合もある。
【０００８】
そこで、本発明ではエンジン始動時にバイパス弁が閉固着している場合であっても、エンジンの始動を可能にすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動過給機構の制御装置は、ターボ過給機の下流の吸気通路に電動機によって駆動される電動過給機を設け、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を設け、前記電動過給機からターボ過給機へ過給切り替えを行う時に、前記電動過給機と前記バイパス弁とを関連づけて制御する電動過給機構の制御装置であって、エンジン始動時にはエンジンを始動する前に前記電動過給機を駆動する電動過給機駆動手段を有する。
【００１０】
【作用・効果】
本発明によれば、エンジン始動前に電動過給機を駆動するので、バイパス弁が故障して閉固着した場合にも、エンジンに空気を供給してエンジン始動することが可能である。
【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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
ターボ過給機３の下流の吸気通路８には、電動機４ｂによってコンプレッサー４ａを駆動して過給を行う電動過給機４と、電動過給機４を迂回して電動過給機４上流の吸気通路８と電動過給機４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。
【００１６】
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。
【００１７】
電動過給機４は、電動機４ｂにより駆動されるため、回転数がエンジン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によるターボラグのある間、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になるように過給を行わせる。この制御のために、まず、電動過給機４の上流の吸気通路８に圧力センサー１２、下流の吸気通路９に圧力センサー１３を配置してそれぞれの吸気通路内の圧力を検出し、この検出結果を圧力検出信号Ｐ_１、Ｐ_２としてＥＣＭ５に読み込まれる。
【００２１】
電動過給機４の回転シャフト４ｃの近傍に回転速度センサー１５を配置してコンプレッサ４ａの回転速度を検出し、測定結果を回転速度検出信号ＮｃとしてＥＣＭ５に読み込まれる。
【００２２】
また、ＥＣＭ５には加速要求検出手段からの加速要求検出信号Ｔｈも読み込まれる。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しきい値を超えた場合に、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、前記しきい値は一定の値、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】
上記の圧力検出信号Ｐ_１、Ｐ_２、回転数検出信号Ｎｃおよび加速要求検出信号Ｔｈに基づいて、ＥＣＭ５は電動過給機４の電動機４ｂおよびバイパス弁６のアクチュエータ６ｂを制御する。
【００２４】
具体的には、加速要求を検知すると、バイパス弁６を開いたままで電動機４ｂを駆動し、電動過給機４の下流の吸気通路９の圧力Ｐ_２が同じく上流の圧力Ｐ_１と略同等になった瞬間にバイパス弁６を閉じる。電動過給機４の下流の吸気通路９の圧力Ｐ_２が同じく上流の圧力Ｐ_１よりも高くなった状態でバイパス弁６を開いたままにしておくと、空気がバイパス通路１０を逆流して吸気通路９から吸気通路８に流れてしまい、エンジン１１へ供給される空気が不足し、空燃比のずれやトルク段差を生じる。したがって、前記問題を防止するために、電動過給機４の上流の圧力Ｐ_１と下流の圧力Ｐ_２が略同等になった瞬間にバイパス弁６を閉じる。
【００２５】
そしてターボ過給機３の過給圧が高まったら電動過給機４を停止し、バイパス弁６を開く。
【００２６】
また、ＥＣＭ５は、エンジン１１運転時に本来バイパス弁６が開いているべき状態にもかかわらず閉じたままの状態（閉固着）であることを検知すると、たとえ加速要求を検知しなくても電動過給機４を駆動する。
【００２７】
これは、前述したように電動過給機４はルーツ式であるので、電動過給機４が停止、かつバイパス弁６が閉じていると、エンジン１１には空気がほとんど供給されなくなり運転不能になるので、電動過給機４を駆動させてエンジン１１の運転に必要な空気量を確保するためである。
【００２８】
また、本実施形態ではエンジン１１の始動時にもバイパス弁６の故障診断を行う。図２のフローチャートに示すように、まずステップＳ００１で始動時故障診断を行い、その後ステップＳ００２で前記診断結果に基づいてエンジン１１を始動する。
【００２９】
ところで、電動過給機構において、始動時にバイパス弁６が故障により閉じたままの状態になった場合には、前述のようにエンジンが運転不能になるので、ＥＣＭ５は次のように故障を判定している。
【００３０】
第１には、バイパス弁６が閉固着した状態で電動過給機４を駆動させると、吸気通路９の圧力が上昇して一定時間経過後に予め定めたしきい値よりも大きくなる。これは、エンジン１１が停止している状態で電動過給機４を駆動すれば、吸入空気がエンジン１１に供給されないので吸気通路９内の圧力が上昇するためである。また、エンジン１１が運転中であっても、バイパス弁６が開いている場合に比べると圧力が上昇する。そこで、バイパス弁６が開いている場合と閉じている場合の圧力変化を予め求めておき、電動過給機４の下流の吸気通路９に設けた圧力センサー１３からの圧力検出信号Ｐ_２をＥＣＭ５に読み込み、前述した所定値と比較することにより判定可能である。これを第１の故障判定とする。
【００３１】
第２として、バイパス弁６に開弁信号が出ているにもかかわらず、開閉センサー２１からの検出信号は閉状態を示す。これは開閉センサー２１からの信号をＥＣＭ５に読み込むことで判定可能である。これを第２の故障判定とする。
【００３２】
なお、本実施形態において始動前故障診断には電動過給機４を所定の高回転速度、例えば３０００〜４０００ｒｐｍで駆動する。これにより、電動過給機４の下流の吸気通路９の圧力上昇が早まり、短時間で故障診断を行うことが可能となる。
【００３３】
上記のステップＳ００１で行う始動時故障診断の制御をタイムチャートに表したものが図３、４、５である。図３はバイパス弁６が正常な場合、図４、５は故障している場合である。
【００３４】
図３では、ｔ１０でキースイッチ、スタートスイッチがＯＮになると、バイパス弁６には開指令が入力される。そしてバイパス弁６が開き始めると、開閉センサ２１はバイパス弁６の開度に応じた信号を出力する。
【００３５】
また、電動過給機４による過給もｔ１０の時点で開始されるが、バイパス弁６が開いているので、一定時間経過したｔ１１の時点でも吸気通路９の圧力はしきい値に達しない。したがってバイパス弁６は正常であると判断して始動時故障診断を終了する。
【００３６】
図４はｔ２０でキースイッチ、スタートスイッチがＯＮになり、バイパス弁６に開指令の信号が入力されても、開閉センサ２１は閉状態を検知しているので、故障判定手段２が成立し、この時点で閉固着と判断して故障フラグＦを１にする。
【００３７】
図５はｔ３０でキースイッチ、スタートスイッチがＯＮになり、バイパス弁６に開指令の信号が入力されると、開閉センサー２１はバイパス弁６の開状態を検知している信号を出力しているので、故障判定手段２は成立しない。しかし、吸気通路９の圧力が上昇しており、ｔ３１でしきい値Ｐに達している。ここで故障判定手段１が成立するので、閉固着していると判断する。
【００３８】
これにより仮に開閉センサー２１が故障していてもバイパス弁６の閉固着を検出できる。
【００３９】
次に、ステップＳ００１の始動時故障診断について図６のフローチャートを参照して説明する。
【００４０】
ステップＳ１００ではキースイッチおよびスタートスイッチがＯＮになったか否かの判定を行う。前記２つのスイッチがＯＮであれば運転者が運転の意思有りと判断してステップＳ１０１へ進み、始動時故障診断フラグＳを１としてステップＳ１０２へ進む。ステップＳ１００で２つのスイッチがＯＮでない時は処理を終了する。
【００４１】
ステップＳ１０２では前述した故障判定手段２が成立するか否かの判定を行い、成立する場合はステップＳ１０８へ進み故障判定フラグＦを１にして処理を終了する。成立しない場合はステップＳ１０３へ進み、電動過給機４を駆動してステップＳ１０４へ進む。
【００４２】
ステップＳ１０４では故障判定手段１が成立するか否かの判定を行い、成立する場合はステップＳ１０８へ進み故障判定フラグＦを１にして処理を終了し、成立しない場合はステップＳ１０５に進み、一定時間経過するのを待つ。一定時間経過しても故障判定１が成立しない場合は、バイパス弁６は正常であると判断してステップＳ１０６に進み電動過給機４を停止して、ステップＳ１０７で始動時故障診断フラグＳをゼロにして処理を終了する。
【００４３】
故障診断フラグＳが１の状態、つまり閉固着が検出された状態でエンジン１１を始動する際の制御を図７のフローチャートを用いて説明する。
【００４４】
ステップＳ３００で始動時故障診断フラグＳが１（故障診断中）であることを読み込む。次にステップＳ３０１に進み、故障判定フラグＦが１であるか否かの判定を行う。
【００４５】
ステップＳ３０１で故障判定フラグＦが１である場合はステップＳ３０２に進み、故障判定フラグＦが１以外である場合、つまりバイパス弁６が閉固着していない場合は処理を終了し、通常のエンジン始動を行う。
【００４６】
ステップＳ３０２ではエンジン１１が始動しているか否かの判定を行う。これは始動時故障診断が前述した図６のフローチャートに示した方法の場合は必要ない判定であるが、後述する始動時故障診断ではエンジン１１を始動して故障診断を行うので、その診断方法にも対応させるために設けたステップである。ステップＳ３０２でエンジン１１が既に始動している場合はステップＳ３０３に進み、電動過給機４による過給を継続する。ステップＳ３０２でエンジン１１が始動していない場合はステップＳ３０６に進み、エンジン１１を始動してからステップＳ３０３に進む。これによりバイパス弁６が閉固着していても、エンジン１１には空気が供給される。
【００４７】
ステップＳ３０４ではエンジン１１の始動に必要な空気量を電動過給機４によって確保する。これによりバイパス弁６が閉固着していても車両は自走可能となる。この時の電動過給機４の回転数は、車両が自走する為に必要最低限の空気量を供給できる回転数とする。これによりバッテリーの電力消費を抑え、自走可能な距離を長くすることが可能である。
【００４８】
以上により、本実施形態ではバイパス弁６が故障して閉固着した場合であってもエンジン１１を始動することが可能となるので、自走によってサービスセンター等まで車両を移動することが可能である。また、エンジン始動時に故障診断を行うので、閉固着した場合に迅速な対応が可能である。
【００４９】
始動時故障診断において、電動過給機４を高回転で駆動するので電動過給機４下流の吸気管９の圧力変化が早くなり、故障診断を短時間で終了することが可能である。
【００５０】
バイパス弁６の閉固着を検出した場合には、電動過給機４の回転数を必要最低限に抑えるので、自走可能な距離を長くすることが可能である。
【００５１】
第２実施形態について説明する。
【００５２】
本実施形態のシステム構成は第１実施形態と同様である。
【００５３】
図８はエンジン１１始動時の故障診断のフローチャートである。基本的には第１実施形態と同様であるが、第１実施形態のステップＳ１０２に相当するステップの後に、本実施形態ではステップＳ２０３でエンジン１１を始動している部分が異なる。
【００５４】
本実施形態ではステップＳ２０２で故障判定手段２が成立しなかった場合、ステップＳ２０３に進みエンジン１１を始動してステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４では電動過給機４による過給を開始する。このとき電動過給機４は第１実施形態よりも低い回転速度、例えば３０００ｒｐｍ以下で駆動する。そして、圧力センサー１３の検出値から電動過給機４下流の吸気通路９内の圧力の変化速度を算出し、予め求めておいたバイパス弁６が開いている状態と閉じている状態の圧力の変化速度を参照すれば、閉固着の検出が可能となる。さらに、電動過給機４の回転速度が低いので、騒音の低減が可能となる。
【００５５】
次に、始動時故障診断終了後、エンジン１１を始動するための制御について図９のフローチャートを用いて説明する。図９のステップＳ４００〜Ｓ４０３までは図８のステップＳ３００〜Ｓ３０３に相当し、同様の内容である。
【００５６】
エンジン１１を始動し、電動過給機４を駆動した後、ステップＳ４０４に進みバッテリ容量の判定をおこなう。バッテリ容量が電動過給気４を駆動させるのに十分である場合はステップＳ４０５に進み、不十分である場合には、ステップＳ４０９に進む。
【００５７】
ステップＳ４０５ではアクセル開度に応じて目標車速を決定して、ステップＳ４０６では電動過給機４を駆動させ、ステップＳ４０７で目標車速に応じた空気量をエンジン１１に供給する。
【００５８】
ステップＳ４０４でバッテリ容量が不十分であった場合は、ステップＳ４０９でオルタネータの発電量を判定する。発電量が電動過給気４を駆動させるのに十分である場合はステップＳ４０５に進み、不十分である場合には、ステップＳ４１０に進む。
【００５９】
ステップＳ４１０ではアクセル開度から算出される車速を低速側に補正し、ステップＳ４０６に進み電動過給機４を駆動させて、ステップＳ４０７で目標車速に応じた空気量をエンジン１１に供給する。
【００６０】
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、バイパス弁６が故障して閉固着した場合でもバッテリ容量もしくはオルタネータの発電量の少なくともいずれか一方が目標車速を維持するのに十分であれば、電動過給機４を稼働させることによって吸入空気量を確保するので、エンジン吸入空気が著しく低下することで発生するショックやエンストを防止し、アクセル開度に応じた車速、つまり運転者の意図に応じた速度で走行可能である。
【００６１】
走行中にバッテリ容量およびオルタネータの発電量のいずれもが目標車速を維持するのに不十分になった場合においても、オルタネータの発電量に応じて電動過給気４の回転速度を徐々に下げて電動過給機４への負荷を低減するので、走行中突然エンストすることはなく、故障を解消できる場所まで自走で車両を移動することが可能である。
【００６２】
バイパス弁６の故障判定の際にバッテリ容量を検出することになるので、バッテリ容量不足を早期に検知することが可能となり、バッテリ上がり等の不具合を予防することも可能となる。
【００６３】
なお、エンジン始動前に始動時故障診断を実行せずに電動過給機４を駆動し、エンジン１１を始動する手段も考えられる。これによれば、バイパス弁６が閉固着していても確実にエンジン１１を始動することが可能である。また、エンジン１１始動後に故障判定１、２のいずれか一方、または両方を実行し、閉固着を検出した場合には図７のステップＳ３０４〜Ｓ３０５または図９のステップＳ４０４〜Ｓ４１０の制御を実行すれば、バイパス弁６が閉固着していた場合にも自走することが可能で、かつ始動時の制御の簡素化を図れる。
【００６４】
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】第１実施形態のシステム構成を表す図である。
【図２】第１実施形態のエンジン始動時の制御フローである。
【図３】第１実施形態の故障診断をタイムチャートにしたものである（正常時）。
【図４】第１実施形態の故障診断をタイムチャートにしたものである（故障時）。
【図５】第１実施形態の故障診断をタイムチャートにしたものである（故障時）。
【図６】第１実施形態の始動前故障診断のフローチャートである。
【図７】第１実施形態のエンジン始動のフローチャートである。
【図８】第２実施形態の始動前故障診断のフローチャートである。
【図９】第２実施形態のエンジン始動のフローチャートである。
【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）（始動時故障判定手段、故障時制御手段）
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
１２圧力センサ
１３圧力センサ
１５回転速度センサ
１６スロットルバルブ（加速要求検出手段）
２１開閉センサ

Claims

ターボ過給機の下流の吸気通路に電動機によって駆動される電動過給機を設け、
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を設け、
前記電動過給機からターボ過給機へ過給切り替えを行う時に、前記電動過給機と前記バイパス弁とを関連づけて制御する電動過給機構の制御装置であって、
エンジン始動時にはエンジンを始動する前に前記電動過給機を駆動する電動過給機駆動手段を有することを特徴とする電動過給機構の制御装置。
前記電動過給機駆動手段に、
エンジン始動時に前記バイパス弁の閉固着を検知するための始動時故障診断を行う始動時故障診断手段と、
前記始動時故障診断によってバイパス弁の閉固着が検出された場合の電動過給機の駆動を制御する故障判定時制御手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動過給機の制御装置。
前記始動時故障診断手段は、エンジン停止状態で前記電動過給機を所定の高回転で駆動して故障診断を行う請求項２に記載の電動過給機構の制御装置。
前記始動時故障診断手段は、エンジン始動後に前記電動過給機を所定の低回転で駆動して故障診断を行う請求項２に記載の電動過給機構の制御装置。
前記始動時故障診断手段は、前記電動過給機を駆動してから一定時間後に、下流の吸気通路の圧力が所定値以上である場合に、バイパス弁が閉固着していると判定する請求項３もしくは４に記載の電動過給機構の制御装置。
前記始動時故障診断手段は、前記バイパス弁の開度を検知するバイパス弁開度検知手段を用いて閉固着を検出する請求項３もしくは４に記載の電動過給機構の制御装置。
前記故障判定時制御手段は、前記始動時故障診断によってバイパス弁の閉固着が検知された場合には、エンジン始動後も前記電動過給機の駆動を継続する請求項２〜６のいずれか一つに記載の電動過給機構の制御装置。
前記故障判定時制御手段は、前記始動時故障診断によってバイパス弁の閉固着が検知された場合に、エンジン始動後直ちに前記電動過給機を駆動し、前記電動過給機を駆動するバッテリの劣化状態に応じて電動過給機の駆動力を徐々に低下させる請求項７に記載の電動過給機構の制御装置。