JP2005171844A - 車輌用内燃機関過給装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車輌の内燃機関に於いては、特に高出力が求められるのは車輌発進時等の極一時的な車輌加速時であり、車輌の通常運転時にはさほどの高出力は求められておらず、また機関の出力が高すぎると、通常運転時にはアクセルペダル踏込みに対する機関出力の変動が過敏になり、車輌の運転性が却ってそこなわれる虞れもあることに鑑み、過給装置の作動制御により車輌の随時加速性能の多様化を図る。
【解決手段】車輌用内燃機関の過給装置を車輌の走行加速度の変化率に応じて過給度を変更するよう制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車輌用内燃機関の過給装置に係り、特に車輌用内燃機関過給装置の作動を制御する制御装置に係わる。

内燃機関の出力を増大させるべくその吸気を加圧することが過給として知られている。かかる過給を内燃機関の排気ガスにて作動する排気タービンにより駆動される圧縮機にて行うターボ過給装置も知られており、ターボ過給装置に電動機等のアシスト駆動装置を付加したアシスト駆動装置付きターボ過給装置も公知であり、かかるアシスト駆動装置付きターボ過給装置のアシスト駆動装置を如何に有利に作動させるかについて種々の制御が提案されている。この点について、例えば、下記の特許文献１には、アシスト駆動装置を電動機／発電機として作動する回転電機とし、車速検知手段、ギヤ比検知手段、エンジン回転数検知手段からの検知信号に基づいて車輌の目標加速度を演算し、該目標値を達成するようインバータを経て回転電機を電動機または発電機として作動させることが記載されている。
特開平７-２４７８５２

過給により内燃機関の出力を高めることはできる。しかし、車輌の内燃機関に於いては、特に高出力が求められるのは車輌発進時等の極一時的な車輌加速時であり、車輌の通常運転時にはさほどの高出力は求められておらず、また機関の出力が高すぎると、通常運転時にはアクセルペダル踏込みに対する機関出力の変動が過敏になり、車輌の運転性が却ってそこなわれる虞れもある。本発明は、この間の事情に鑑み、過給装置を備えた車輌に於いて、過給装置の作動制御により車輌の随時加速性能の多様化を図ることを課題としている。

上記の課題を解決するものとして、本発明は、車輌用内燃機関の過給装置の制御装置にして、車輌の走行加速度の変化率に応じて過給度を変更することを特徴とする制御装置を提案するものである。

前記車輌走行加速度変化率に応じた過給度変更は、少なくともエンジン回転数と吸気量またはこれらに等価なエンジン作動パラメータに基づいて過給度変更の基本値を定め、該基本値を車輌走行加速度の変化率に応じて変更することにより行なわれてよい。

この場合、前記基本値の車輌走行加速度の変化率に応じた変更は、車輌走行加速度の変化率が所定の第一の基準値以下であるとき、該基本値を所定の増大率にて増大させることであってよく、また、前記基本値の車輌走行加速度の変化率に応じた変更は、車輌走行加速度の変化率が前記第一の基準値より大きい所定の第二の基準値以上であるとき、該基本値を所定の減小率にて減小させることであってよい。そして、また、前記基本値の車輌走行加速度の変化率に応じた変更は、車輌走行加速度の変化率が前記第一と第二の基準値の間にあるとき、零とされることであってよい。

前記過給装置は、当該内燃機関の排気にて作動する排気タービンにより駆動されると共にこれとは別の駆動源によっても駆動される圧縮機を有し、車輌の走行加速度の変化率に応じた過給度の変更は主として前記別の駆動源の出力調節により行われてよく、或は、当該内燃機関の排気により駆動される第一の圧縮機およびこれとは別の駆動源により駆動される第二の圧縮機とを含み、車輌の走行加速度の変化率に応じた過給度の変更は主として前記第二の圧縮機により行われてもよい。後者の場合、第二の圧縮機は吸気の流れに沿って見て第一の圧縮機の上流側或は下流側に設けられてよい。

車輌用内燃機関の過給装置が、車輌の走行加速度の変化率に応じて過給度を変更すよう制御されれば、車輌の通常運転時に於けるアクセルペダル踏込みに対する機関出力の変動を過敏にすることなく、車輌発進時等の一時的な車輌加速時における機関出力を高めることを過給度の制御により行い、車輌の運転性を総合的に高めることができる。

上記の車輌走行加速度変化率に応じた過給度の変更が、少なくともエンジン回転数と吸気量またはこれらに等価なエンジン作動パラメータに基づいて過給度変更の基本値を定め、該基本値を車輌走行加速度の変化率に応じて変更することにより行なわれるようにすれば、車輌の走行加速度の変化率に応じた過給度変更を、周期的微調整としてコンピュータによるサイクルフロー演算制御により好適に実行することができる。

その場合に、前記基本値の車輌走行加速度の変化率に応じた変更が、車輌走行加速度の変化率が所定の第一の基準値以下であるとき、該基本値を所定の増大率にて増大させるように行なわれれば、車輌の加速の度合が大きい急加速にも機関出力をより急速に増大させることができ、また、前記基本値の車輌走行加速度の変化率に応じた変更が、車輌走行加速度の変化率が前記第一の基準値より大きい所定の第二の基準値以上であるとき、該基本値を所定の減小率にて減小させるように行なわれれば、過剰な過給による無駄な動力損失や車輌の加速過剰による走行不安定を生ずるような事態が確実に防止される。そしてまた、前記基本値の車輌走行加速度の変化率に応じた変更が、車輌走行加速度の変化率が前記第一と第二の基準値の間にあるとき、零とされるようになっていれば、過給度を車輌の走行加速度の変化率に応じて変更する制御に適度のヒステリシスを与え、安定した制御が得られる。

過給装置が当該内燃機関の排気にて作動する排気タービンにより駆動されると共にこれとは別の駆動源によっても駆動される圧縮機を有し、車輌の走行加速度の変化率に応じた過給度の変更が主として前記別の駆動源の出力調節により行われるようにされれば、既存または既設の電動機等によるアシスト駆動装置付きターボ過給装置に対しても、その電動機制系にソフト的変更を組み込むことにより本発明を実施することができる。

一方、過給装置が当該内燃機関の排気により駆動される第一の圧縮機およびこれとは別の駆動源により駆動される第二の圧縮機とを含み、車輌の走行加速度の変化率に応じた過給度の変更が主として前記第二の圧縮機により行われるようにされれば、車輌走行加速度の変化率に応じた過給度の変更を行なうための圧縮機を、排気により駆動される圧縮機の設計とは別に、その目的、作用、効果によりよく適合した設計とすることができる。また、その場合、第二の圧縮機を吸気の流れに沿って見て第一の圧縮機の上流側に設けるか、或は下流側に設けるかの別により、排気タービンにより駆動される圧縮機と別の駆動源により駆動される第二の圧縮機との適合性を高め、車輌の運転性と燃費を総合的に改善することができる。

添付の図１は、本発明による過給度制御装置を車輌のエンジンに組み付けられたアシスト駆動装置付き過給装置に対して作動させる第一の実施の形態に於いて示す概略図である。図に於いて、１０がエンジンであり、図示の例では、図にて解図的に示されている如く、４つに枝分かれした吸気マニホールド１２と、４つに枝分かれした排気マニホールド１４とを備えた４気筒内燃機関である。排気マニホールド１４より排気管１６を経て排出される排気ガスは、排気タービン１８に導かれ、これを駆動した後、排気管２０を経て排出される。

排気タービン１８は、軸２２を経てこれに連結された圧縮機２４を駆動するようになっており、これにてターボ過給装置２６を構成しているが、軸２２には更に必要に応じて排気タービン１８による駆動に加えて圧縮機２４を駆動するアシスト駆動装置としての電動機２８が連結されており、これによってターボ過給装置２６はアシスト駆動装置付きターボ過給装置となっている。圧縮機２４はエアクリーナ３０より導管３２を経て吸入した空気を加圧し、吸気管３４を経て吸気マニホールド１２へ給送する。吸気管３４の途中にはスロットル弁３６が設けられており、その開度がスロットル開度センサ３８により検出されるようになっている。吸気管３４のスロットル弁３６より下流側には吸気圧センサ４０が設けられている。

４２はマイクロコンピュータを備えた電気式制御装置（ＥＣＵ）である。かかる電気式制御装置は、種々のセンサからの検出信号や制御指令手段からの指令入力を受け、そこに組み込まれた制御プログラムに基づいて制御演算を行い、エンジン１２を含む車輌各部の作動を制御するものであるが、本発明に関する限りでは、上記のスロットル開度センサ３８、吸気圧センサ４０からのスロットル開度および吸気圧に関する情報の他に、エンジン回転数センサ４４よりエンジン回転数に関する情報および車速センサ４６より車速に関する情報を得て、電動機２８をアシスト駆動装置として如何に作動させるかの制御演算を行い、作動端装置４８を作動させて電動機２８を作動させる。

図２は、主として図１に於ける電気式制御装置４２に組み込まれた制御プログラムとしてソフトウエア的に構成された、本発明による過給制御装置の作動を、一つの実施の形態について示すフローチャートである。かかるフローチャートに従った制御は、図には示されていない車輌のイグニションスイッチの閉成により開始され、数十ミリセカンド程度の周期にて繰り返し実行される。

制御が開始されると、先ずステップ１にて、図１に示した各種センサからの検出データの読み込みが行われる。次いで、制御はステップ２へ進み、車速センサ４６にて検出された車速Ｖに基づいて、車輌の加速度Ａccが求められる。この場合、フローチャートを巡る制御は一定周期にて繰り返されるので、加速度Ａccは車速センサ４６にて検出される車速Ｖの各周期間に於ける差ΔＶとして把握されてもよい。

次いで、制御はステップ３へ進み、加速判定が行われる。これは車輌が或る程度以上の加速状態にあるか否かを判定するものであり、加速度Ａccが所定の基準値Ａｏを越えているか否かによって判断される。基準値Ａｏを適当に設定しておくことにより、答がノーであるような状態に於いては、本発明による制御は特に行われる必要はないと判断できるので、そのときには、この回の制御はこれにて終了する。答がイエスのときには、制御はステップ４へ進む。

ステップ４に於いては、基本制御計算が行われ、この実施の形態では、エンジン回転数センサ４４により検出されたエンジン回転数Ｎｅと、スロットル開度センサ３８により検出されたスロットル開度Ｔｈと、吸気圧センサ４０により計算された吸気圧Ｐｂとに基づいて、所定の制御プログラムに従って、電動機２８を作動させるその出力値Ｍが計算される。

次いで、制御はステップ５へ進み、車輌の加速度Ａccを時間ｔにて微分した車輌加速度の変化率αが求められる。この場合にも、車速から加速度を求める場合と同様に、車輌加速度の変化率αは各周期間に於ける加速度Ａccの差ΔＡccとして把握されてもよい。

次いで、制御はステップ６へ進み、車輌加速度の変化率αが或る所定の下限値ｋ１とこれより大きい或る所定の上限値ｋ２の間にあるか否かが判断される。そして、答がイエスのときには、制御はステップ７へ進み、ステップ４にて計算されたが出力値Ｍをそのまま目標値とするよう電動機２８による過給装置のアシスト駆動が行われる。

一方、ステップ６の答がノーのときには、制御はステップ８へ進み、αが下限値ｋ１より小さいか否かが判断される。下限値ｋ１は、車輌加速度の変化率αが低く、より速やかな車輌加速が得られるよう、エンジン出力をもっと高めたいような状態を示す値に設定されている。ステップ８の答えがイエスであるときには、制御はステップ９へ進み、ステップ４にて計算された出力値Ｍが或る適当な追加量ΔＭ１だけ増大され、その後、制御はステップ７へ進む。

ステップ８に於ける答がノーであることは、αが上限値ｋ２以上であることを意味する。このときには、制御はステップ１０へ進み、ステップ４にて計算された出力値Ｍが或る適当な低減量ΔＭ２だけ低減され、その後、制御はステップ７へ進む。この場合、上限値ｋ２を車輌加速度が車輌の安全で安定した走行を損なう恐れのあるような急角度にて上昇する手前の適当な値に設定しておけば、過給装置のアシスト駆動により車輌を加速し過ぎることのないようにすることができる。

以上に於いては、過給度を車輌加速度の変化率に応じて制御することを、車輌加速度の変化率が或る下限値ｋ１と上限値ｋ２にあるときを中庸の状態としてそれに対応したアシスト駆動の目標出力値Ｍを計算し、車輌加速度の変化率が中庸状態以下に下がったときには標準目標出力値Ｍをある一定の増大率ΔＭ１にて増大させ、また車輌加速度の変化率が中庸状態を越えるときには標準目標出力値Ｍをある一定の減小率ΔＭ２にて減小させる要領にて行われる実施の形態について詳細な説明したが、過給度を車輌加速度の変化率に応じて制御するには、他にも種々の制御態様が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

図３は本発明の第二の実施の形態を示す図１と同様の概略図である。図３に於いて、図１に示す部分に対応する部分は、図１に於けると同じ符号により示されている。この場合、車輌走行加速度の変化率に応じた過給度の変更は、排気タービンにより駆動される圧縮機とは別に、電動機により駆動されるべく設けられた圧縮機に対し行われるようになっている。即ち、この実施の形態では、圧縮機２４の上流側に位置する吸気導管３２の途中に、電動機２８により駆動される補助の圧縮機５０が装入されており、排気タービン１８により駆動される主たる圧縮機２４へ流入する空気の圧力を補助圧縮機５０により適宜高めることによって、エンジンに対する吸気の最終的過給度を変更するようになっている。尚、開閉弁５２を備えた導管５４は、補助圧縮機５０を作動させないとき、これをバイパスしてエアクリーナ３０より圧縮機２４へ直接吸気を送るためのパイパス導管である。

図４は本発明の第三の実施の形態を示す図１または３と同様の概略図である。図４に於いても、図１に示す部分に対応する部分は、図１に於けると同じ符号により示されている。この場合にも、排気タービンによる圧縮機の駆動に加えて、車輌走行加速度の変化率に応じて過給度を変更は、図３の実施の形態に於けると同様に、排気タービンにより駆動される圧縮機とは別に電動機により駆動される圧縮機を設けることにより行われるようになっている。この実施の形態では、圧縮機２４の下流側に位置する吸気管３４の途中に電動機２８により駆動される補助の圧縮機５６が装入されており、排気タービン１８により駆動される主たる圧縮機２４にて加圧された吸気の圧力を補助圧縮機５６により適宜高めることによりエンジンに対する吸気の最終的過給度を変更するようになっている。この場合にも、補助圧縮機５６を作動させないときには、補助圧縮機５６は開閉弁５８を備えた導管６０によりバイパスされるようになっている。

尚、更に、図３または４に示す実施の形態より排気タービン１８と圧縮機２４を無くし、過給は圧縮機５０または５６のみにて行う構造とし、車輌走行加速度の変化率に応じて過給度の変更を圧縮機５０または５６にて行うようにしてもよいことは、以上の説明から明らかであろう。

以上に於いては本発明をいくつかの実施の形態について詳細に説明したが、これらの実施の形態について本発明の範囲内にて種々の変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

本発明による過給制御装置を車輌用エンジンに組み付けられたアシスト駆動装置付き過給装置に対し適用した第一の実施の形態に於いて示す概略図。 図１の電気式制御装置４２に組み込まれた制御プログラムとしてソフトウエア的に構成された本発明による過給制御装置の作動を一つの実施の形態について示すフローチャート。 本発明の第二の実施の形態を示す図１と同様の概略図。 本発明の第三の実施の形態を示す図１と同様の概略図。

符号の説明

１０…エンジン、１２…吸気マニホールド、１４…排気マニホールド、１６…排気管、１８…排気タービン、２０…排気管、２２…軸、２４…圧縮機、２６…ターボ過給装置、２８…電動機、３０…エアクリーナ、３２…導管、３４…吸気管、３６…スロットル弁、３８…スロットル開度センサ、４０…吸気圧センサ、４２…電気式制御装置（ＥＣＵ）、４４…エンジン回転数センサ、４６…車速センサ、４８…作動端装置、５０…補助圧縮機、５２…開閉弁、５４…バイパス導管、５６…補助圧縮機、５８…開閉弁、６０…バイパス導管

Claims (9)

1. 車輌用内燃機関の過給装置の制御装置にして、車輌の走行加速度の変化率に応じて過給度を変更することを特徴とする制御装置。
2. 前記車輌走行加速度変化率に応じた過給度変更は、少なくともエンジン回転数と吸気量またはこれらに等価なエンジン作動パラメータに基づいて過給度変更の基本値を定め、該基本値を車輌走行加速度の変化率に応じて変更することにより行なわれるようになっていることを特徴とする請求項１の制御装置。
3. 前記基本値の車輌走行加速度の変化率に応じた変更は、車輌走行加速度の変化率が所定の第一の基準値以下であるとき、該基本値を所定の増大率にて増大させることであることを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
4. 前記基本値の車輌走行加速度の変化率に応じた変更は、車輌走行加速度の変化率が前記第一の基準値より大きい所定の第二の基準値以上であるとき、該基本値を所定の減小率にて減小させることであることを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
5. 前記基本値の車輌走行加速度の変化率に応じた変更は、車輌走行加速度の変化率が前記第一と第二の基準値の間にあるとき、零とされることを特徴とする請求項３または４に記載の制御装置。
6. 前記過給装置は当該内燃機関の排気にて作動する排気タービンにより駆動されると共にこれとは別の駆動源によっても駆動される圧縮機を有し、車輌の走行加速度の変化率に応じた過給度の変更は主として前記別の駆動源の出力調節により行われることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の制御装置。
7. 前記過給装置は当該内燃機関の排気により駆動される第一の圧縮機およびこれとは別の駆動源により駆動される第二の圧縮機とを含み、車輌の走行加速度の変化率に応じた過給度の変更は主として前記第二の圧縮機により行われることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の制御装置。
8. 前記第二の圧縮機は吸気の流れに沿って見て前記第一の圧縮機の上流側に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の制御装置。
9. 前記第二の圧縮機は吸気の流れに沿って見て前記第一の圧縮機の下流側に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の制御装置。
   

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