JP2007298005A

JP2007298005A - 内燃機関の過給圧制御装置

Info

Publication number: JP2007298005A
Application number: JP2006128074A
Authority: JP
Inventors: Jun Kataoka; 準片岡
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2006-05-02
Filing date: 2006-05-02
Publication date: 2007-11-15

Abstract

【課題】内燃機関の過給圧制御装置において、アクチュエータ内の圧力脈動を抑えてウェストゲートバルブの打音を抑制することにある。
【解決手段】過給機をバイパスするバイパス通路に設けられたウェストゲートバルブと、このウェストゲートバルブを開閉動作するアクチュエータと、このアクチュエータにかかる過給圧をデューティ制御により制御する過給圧制御弁とを備えた内燃機関の過給圧制御装置において、前記過給圧制御弁に印加する駆動電圧の周波数を、前記過給圧制御弁を駆動する駆動デューティ比又はエンジン回転数に応じて変化させる制御手段を設けている。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関の過給圧制御装置に係り、特にウェストゲートバルブを開閉動作するアクチュエータ内の圧力脈動によって発生するウェストゲートバルブの打音を抑制する内燃機関の過給圧制御装置に関する。

車両に搭載した内燃機関の過給圧制御装置においては、内燃機関に空気を導く吸気通路に設けたコンプレッサと内燃機関からの排気を導く排気通路に設けたタービンとが備えられた過給機を設けている。また、このタービンの上流側の排気通路とタービンの下流側の排気通路とを連通して過給機をバイパスするバイパス通路を設け、このバイパス通路を開閉するウェストゲートバルブを設け、コンプレッサの下流側の吸気通路途中に圧力導入通路の一端側を連通して設けるとともにこの圧力導入通路の他端側をウェストゲートバルブにリンク機構によって連結したアクチュエータの作動室に連通して設けている。更に、このアクチュエータの作動室とコンプレッサの上流側の吸気通路途中とに連通する制御用圧力通路を設け、この制御用圧力通路を開閉するようにデューティ制御される過給圧制御弁（ＶＳＶ）を設けている。そして、この過給圧制御弁のデューティ制御によってアクチュエータを開閉動作させ、ウェストゲートバルブを開閉動作させて過給圧を制御している。

このような内燃機関の過給圧制御方法には、過給圧制御弁に印加する駆動電圧の周波数を、低エンジン回転域では高い周波数に、高エンジン回転域では低い周波数に、不連続に切り替え、切り替え途中に発生する可能性がある共振を防止するものがある。詳しくは、この過給圧制御方法は、図９に示すように、エンジン回転数が高くなり始め（時間ｔ１）、そして、所定時間経過した時に（時間ｔ２）、駆動電圧の周波数を２０Ｈｚにし、過給圧制御を開始し（オン）、また、図１０に示すように、ウェストゲートバルブの打音が目立つエンジン回転数が３０００ｒｐｍで、過給圧制御弁の駆動電圧の周波数を３０Ｈｚと２０Ｈｚとの二つの固定値で切り替えている。
特許第２６７４８４２号公報

ところで、従来、過給機の過給圧制御において、アクチュエータを駆動させる過給圧制御弁は、駆動デューティ比（０〜１００％）で制御されている。この場合、一般に、過給圧制御弁に印加する駆動電圧の周波数は、固定値（１０〜３０Ｈｚ）である。
しかし、過給圧制御の駆動デューティ比（特に３０〜６０％）によっては、過給圧制御弁のオン・オフの圧力脈動により、アクチュエータ内のダイヤフラムの振幅が大きくなってしまい、この結果、ウェストゲートバルブの振幅も大きくなり、よって、ウェストゲートバルブに打音（チャタリング音）が発生するという不都合があった。

そこで、この発明の目的は、ウェストゲートバルブを開閉動作するアクチュエータ内の圧力脈動によって発生するウェストゲートバルブの打音を抑制する内燃機関の過給圧制御装置を提供することにある。

この発明は、過給機をバイパスするバイパス通路に設けられたウェストゲートバルブと、このウェストゲートバルブを開閉動作するアクチュエータと、このアクチュエータにかかる過給圧をデューティ制御により制御する過給圧制御弁とを備えた内燃機関の過給圧制御装置において、前記過給圧制御弁に印加する駆動電圧の周波数を、前記過給圧制御弁を駆動する駆動デューティ比に応じて変化させる制御手段を設けたことを特徴とする。

この発明の内燃機関の過給圧制御装置は、過給圧制御弁に印加する駆動電圧の周波数を変化させ、アクチュエータ内の圧力脈動を抑えてウェストゲートバルブの打音を抑制することができる。

この発明は、アクチュエータ内の圧力脈動を抑えてウェストゲートバルブから発生するウェストゲートバルブの打音を抑制する目的を、過給圧制御弁に印加する駆動電圧の周波数を変化させて実現するものである。
以下、図面に基づいてこの発明の実施例を詳細且つ具体的に説明する。

図１〜図５は、この発明の第１実施例を示すものである。図５において、１は内燃機関である。この内燃機関１には、吸気系において、エアクリーナ２とこのエアクリーナ２から内燃機関１に空気を導く吸気管３とスロットルバルブ４を備えたスロットルボディ５とサージタンク６を備えた吸気マニホルド７とが順次に設けられ、吸気通路８が連通している。また、内燃機関１には、排気系において、内燃機関１からの排気を導く排気マニホルド９と触媒コンバータ１０を備えた排気管１１とが順次に設けられ、排気通路１２が連通している。

内燃機関１には、エアクリーナ２からの吸入空気を過給する過給機（ターボチャージャ）１３が設けられる。この過給機１３は、吸気管３の途中及び排気マニホルド９と排気管１１間に配設した過給機ハウジング１４を備えるとともに、この過給機ハウジング１４内において吸気管３側のコンプレッサ１５と排気管１１側で前記コンプレッサ１５を駆動するタービン１６とを備えている。コンプレッサ１５とタービン１６とは、ターボ軸１７で連結されている。また、コンプレッサ１５よりも下流側の吸気管３の途中には、インタクーラ１８が設けられている。更に、排気管１１には、触媒コンバータ１０の上流側でＯ２センサ又はリニアＡ／Ｆセンサ１９が取り付けられている。

過給機１３の過給機ハウジング１４には、タービン１６の上流側の排気通路１２とタービン１６の下流側の排気通路１２とを連通して過給機１３のタービン１６をバイパスするように、通路形成壁２０によってバイパス通路２１が形成されている。また、タービン１６よりも上流側のバイパス通路２１の開口部２２には、該開口部２２を開閉するウェストゲートバルブ２３が設けられている。更に、コンプレッサ１５の下流側の吸気管３の途中の下流側連通部２４には、圧力導入通路２５の一端側が連通している。この圧力導入通路２５の他端側は、ウェストゲートバルブ２３にリンク機構２６によって連結したアクチュエータ２７の作動室２８に連通している。このアクチュエータ２７は、作動室２８とスプリング室２９とを形成するようにハウジング３０内にダイヤフラム３１を設け、また、スプリング室２９内にダイヤフラム３１を付勢するスプリング３２を設けて構成されている。また、リンク機構２６は、一端側がアクチュエータ２７のダイヤフラム３１に接続されたロッド３３と、このロッド３３の他端側の枢支軸３４に枢支されてウェストゲートバルブ２３が取り付けられた腕部材３５とからなる。

また、アクチュエータ２７の作動室２８とコンプレッサ１５の上流側の吸気管３の途中の上流側連通部３６に連通するように、制御用圧力通路３７が設けられる。この制御用圧力通路３７の途中には、該制御用圧力通路３７を開閉するように駆動デューティ比（０〜１００％）によって制御される過給圧制御弁（ＶＳＶ）３８が設けられる。この過給圧制御弁３８は、ハウジング３９内において、コイル４０と、スプリング４１で弁口４２に接離するように往復動可能に設けられた弁体４３とを備えている。この過給圧制御弁３８は、制御手段（ＥＣＭ）４４により、駆動デューティ比によってデューティ制御され、制御用圧力通路３７を開閉し、圧力導入通路２５からアクチュエータ２７に導入されるコンプレッサ１５の下流側の吸気通路３の過給圧を、コンプレッサ１５の上流側の吸気通路８に逃がすことによってアクチュエータ２７を作動させ、ウェストゲートバルブ２３を開閉動作させて過給圧を目標過給圧に制御する。

制御手段４４は、デューティ制御の際に過給圧制御弁３８に駆動電圧の周波数を印加するものであり、エンジン回転数や吸気管圧力等の状態を要因とし、所定の過給圧制御起動条件が成立した時に過給圧制御を実施するように過給圧制御弁３８を駆動（オン）するとともに、前記過給圧制御起動条件の不成立時には過給圧制御を行わないように過給圧制御弁３８を停止（オフ）する。

また、この第１実施例において、この制御手段４４は、過給圧制御弁３８に印加する駆動電圧の周波数を、過給圧制御弁３８を駆動する駆動デューティ比に応じて変化させる。詳しくは、図３、図４に示すように、駆動デューティ比が小さいときには、駆動デューティ比が大きくなるにつれて周波数を比例させて大きくし、そして、ウェストゲートバルブ２３の打音が目立つ駆動デューティ比が４０〜６０％では（図３のＡ１−Ａ２間で示す）、周波数を４０Ｈｚの一定に維持し、その後、駆動デューティ比が大きくなるにつれて周波数を比例させて小さくする。よって、駆動電圧の周波数は、リニアに連続して変化する。なお、図４の周波数のテーブルにおいては、各数値間で補間が行われている。
制御手段４４には、内燃機関１のエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段４５と、スロットルバルブ４の開度を検出するスロットル開度検出手段４６と、内燃機関１の吸入空気の温度を検出する吸気温検出手段４７と、サージタンク６内の圧力を検出する吸入空気圧力検出手段４８とが連絡している。

次に、この第１実施例の作用を、図１のフローチャートに基づいて説明する。
図１に示すように、制御手段４４のプログラムがスタートすると（ステップＳ１）、先ず、過給圧制御起動条件が成立したか否かを判断する（ステップＳ２）。このステップＳ２がＮＯの場合には、この判断を継続する。
このステップＳ２がＹＥＳの場合には、過給圧制御のデューティ値（ＴＷＧＤＵＴＹ）を算出する（ステップＳ３）。
このデューティ値（ＴＷＧＤＵＴＹ）は、
ＴＷＧＤＵＴＹ＝ＴＷＧＯＰＮ（オープンループ制御量）＋ＴＷＧＩ（積分補正量）
で算出される。
ＴＷＧＯＰＮ＝ＴＷＧＦＩＬ＊ＴＷＧＭＡＰ＊ＴＷＧＴＡ＊ＴＷＧＴＨＲ＋（１−ＴＷＧＦＩＬ）＊ｔｗｇｏｐｎ
ＴＷＧＦＩＬ：フィルタ値
ＴＷＧＭＡＰ：オープンループ制御マップ値
ＴＷＧＴＡ：吸気温補正テーブル値
ＴＷＧＴＨＲ：スロットル開度補正テーブル値
ｔｗｇｏｐｎ：前回のＴＷＧＯＰＮ（前回のオープンループ制御量）
ＴＷＧ１：｜目標過給圧−吸気管圧力｜を検出し、積分テーブル値による補正量
そして、図４の周波数のテーブルにおける検索値での周波数により、過給圧制御弁３８を駆動する（ステップＳ４）。
そして、過給圧制御起動条件が不成立か否かを判断する（ステップＳ５）。このステップＳ５がＮＯの場合には、前記ステップＳ３に戻し、再び、図４の周波数のテーブルにおける検索値での周波数により、過給圧制御弁３８を駆動する。
一方、このステップＳ５がＹＥＳの場合には、プログラムをエンドとする（ステップＳ６）。

次に、この過給圧制御を図２のタイムチャートに基づいて説明する。
過給圧制御起動条件が成立すると（ＯＮ）（時間ｔ１）、駆動デューティ比が次第に大きくなり始めるが、周波数は２０Ｈｚ程度に一定に維持される。
そして、所定時間経過後（時間ｔ２）、周波数が２０Ｈｚ程度から再び大きくなり始め、駆動デューティ比が４０％に達すると、周波数は４０Ｈｚ程度にまで高くなる（時間ｔ３）。そして、駆動デューティ比が６０％までは、この周波数４０Ｈｚ程度の値を維持する（時間ｔ４）。駆動デューティ比が大きくなり始めると、周波数が小さくなり始め、そして、所定時間経過後に（時間ｔ５）、周波数が１０Ｈｚ程度に維持され、その後、駆動デューティ比が１００％になると（時間ｔ６）、この駆動デューティ比は１００％に維持される。

この結果、制御手段４４は、過給圧制御弁３８に印加する駆動電圧の周波数を、過給圧制御弁３８を駆動する駆動デューティ比に応じて変化させる。これにより、ウェストゲートバルブ２３を開閉動作するアクチュエータ２７内の圧力脈動は抑えられ、よって、ウェストゲートバルブ２３の打音（チャタリング音）を抑制することができる。また、制御手段４４のハード面での変更を不要とし、コストを低く抑えることができる。

即ち、この第１実施例においては、アクチュエータ２７内の圧力脈動によって発生するウェストゲートバルブ２３の打音を抑制することを目的とするものであり、特に、過給圧制御弁３６の駆動デューティ比が４０〜６０％程度で、ウェストゲートバルブ２３の打音が大きく目立つが、過給圧制御弁３６の駆動電圧の周波数を高くし、つまり、駆動電圧の周波数をリニアに切り替え（可変周波数制御）、アクチュエータ２７内の圧力脈動を抑え、結果として、ウェストゲートバルブ２３の打音を小さくすることができる。これは、過給圧制御弁３６の駆動電圧の周波数を、従来の固定値でなく、リニアに切り替えることにより、アクチュエータ２７内の圧力脈動を抑えたい領域のみ周波数を高くすることが可能となり、且つ、制御性の良い周波数の設定が可能である（駆動周波数を高くすると、制御可能なデューティ比の範囲が狭くなる）。また、駆動周波数を高くすると、過給圧制御弁３８の耐久性が劣るため、駆動周波数を高くしたい領域を、駆動デューティ比が４０〜６０％程度で限定して設定することが可能である。

図６〜図８は、この発明の第２実施例を示すものである。
この第２実施例においては、上述の第１実施例と同一機能を果たす箇所には同一符号を付して説明する。
この第２実施例の特徴とするところは、以下の点にある。即ち、制御手段４４は、過給圧制御弁３８に印加する駆動電圧の周波数を、エンジン回転数検出手段４５により検出されたエンジン回転数に応じて連続的に変化させる。この場合、過給圧制御弁３８の駆動電圧の周波数は、図７に示すように、ウェストゲートバルブ２３の打音が目立つエンジン回転数が低い領域の２５００〜３５００ｒｐｍ程度で連続的に切り替えられる。詳しくは、図７、図８に示すように、エンジン回転数が低いときには、エンジン回転数が高くなるにつれて周波数を比例させて大きくし、そして、ウェストゲートバルブ２３の打音が目立つエンジン回転数が３０００〜３５００ｒｐｍ付近では（図７のＢ１−Ｂ２間で示す）、周波数を４０Ｈｚ程度の一定に維持し、その後、エンジン回転数が高くなるにつれて周波数を比例させて小さくする。よって、駆動電圧の周波数は、リニアに連続して変化する。なお、図８のテーブルにおいては、各数値間で補間が行われている。

次に、この第２実施例における過給圧制御を図６のタイムチャートに基づいて説明する。
先ず、エンジン回転数が大きくなり始め（時間ｔ１）、所定時間後に過給圧制御起動条件が成立すると（ＯＮ）（時間ｔ２）、周波数が２０Ｈｚ程度になるまで比例して大きくなり、周波数が２０Ｈｚ程度になると、周波数が２０Ｈｚ程度に一定に維持される。
そして、所定時間経過後（時間ｔ３）、周波数が２０Ｈｚから再び大きくなり始め、周波数が４０Ｈｚ程度になると（時間ｔ４）、この周波数が４０Ｈｚで一定に維持され、この周波数が４０Ｈｚで所定時間維持された後に（時間ｔ５）、エンジン回転数が大きくなるに連れて周波数が小さくなり始め、そして、所定時間経過後に（時間ｔ６）、周波数が１０Ｈｚ程度に維持され、その後、エンジン回転数が７０００ｒｐｍになると（時間ｔ７）、このエンジン回転数は７０００ｒｐｍに維持される。
この第２実施例の制御によれば、上述の第１実施例と同一の効果を得るとともに、エンジン回転数が低い領域においてウェストゲートバルブ２３から発生する打音の音量に応じて、ウェストゲートバルブ２３の打音の抑制が必要な領域でのみ、過給圧制御弁３８の駆動電圧の周波数を変更することが可能となる。

過給圧制御弁に印加する駆動電圧の周波数を変化させることを、他の制御装置にも適用することができる。

第１実施例において過給圧制御のフローチャートである。第１実施例において過給圧制御のタイムチャートである。第１実施例において駆動デューティ比に対する周波数の値を示す図である。第１実施例において駆動デューティ比と周波数とのテーブルを示す図である。第１実施例において過給圧制御装置のシステム構成図である。第２実施例において過給圧制御のタイムチャートである。第２実施例において駆動デューティ比に対する周波数の値を示す図である。第２実施例において駆動デューティ比と周波数とのテーブルを示す図である。従来において過給圧制御のタイムチャートである。従来においてエンジン回転数に対する周波数の値を示す図である。

符号の説明

１内燃機関
８吸気通路
１３過給機
２１バイパス通路
２３ウェストゲートバルブ
２５圧力導入通路
２７アクチュエータ
２８作動室
３７制御用圧力通路
３８過給圧制御弁
４４制御手段
４５エンジン回転数検出手段

Claims

過給機をバイパスするバイパス通路に設けられたウェストゲートバルブと、このウェストゲートバルブを開閉動作するアクチュエータと、このアクチュエータにかかる過給圧をデューティ制御により制御する過給圧制御弁とを備えた内燃機関の過給圧制御装置において、前記過給圧制御弁に印加する駆動電圧の周波数を、前記過給圧制御弁を駆動する駆動デューティ比に応じて変化させる制御手段を設けたことを特徴とする内燃機関の過給圧制御装置。
過給機をバイパスするバイパス通路に設けられたウェストゲートバルブと、このウェストゲートバルブを開閉動作するアクチュエータと、このアクチュエータにかかる過給圧をデューティ制御により制御する過給圧制御弁とを備えた内燃機関の過給圧制御装置において、前記内燃機関のエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段を設け、前記過給圧制御弁に印加する駆動電圧の周波数を、前記エンジン回転数検出手段により検出されたエンジン回転数に応じて連続的に変化させる制御手段を設けたことを特徴とする内燃機関の過給圧制御装置。