JP2008014289A - 車両走行用エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエストゲートバルブ付き車両走行用エンジンの加速レスポンスを向上させる。
【解決手段】ターボチャージャによる過給を不要とする低負荷状態であるときにＷＧＶを開作動させる(S16,S24)車両走行用エンジンにおいて、車速Ｖが所定速度Ｖ１より大きく、かつ方向指示器がＯＮであるような車両が加速する可能性が高い状態であるときにＷＧＶの開作動が禁止され、このときに低負荷状態であるか否かに拘わらず強制的にＷＧＶを閉作動させる(S16,S26)。
【選択図】図２

Description

本発明は、ターボチャージャを備えた車両走行用エンジンの制御装置に係り、詳しくは、ウエストゲートバルブの開閉作動を制御する技術に関する。

ターボチャージャを備えた車両走行用エンジンでは、加速時において、アクセルの踏み込み操作から過給圧が上昇するまでのタイムラグにより加速レスポンスが低下するという問題がある。この問題を解決するために、アクセルの踏み込み操作前に、エンジンによってオルタネータ等の補機を駆動させる装置が知られている（特許文献１）。これにより、アクセルの踏み込み操作前に負荷を増加させ過給圧をあらかじめ上昇させておくことにより、過給圧が上昇するまでのタイムラグをなくし、加速レスポンスを良好にしている。
特開２００５−２９９５１３号公報

ここで、ターボチャージャを備えたエンジンでは、一般的に、排気通路に介装されたターボチャージャのタービンをバイパスするバイパス路が備えられるとともに、このバイパス路を開閉するウエストゲートバルブが備えられている。そして、例えばアイドリング時等のように、ターボチャージャによる過給が不要な場合では、ウエストゲートバルブを開作動させて排気抵抗を低減させることにより、燃費を向上させている。一方、過給を必要とする場合では、ウエストゲートバルブを閉作動させて、排気の略全流量をタービンに導入して過給圧を最大限確保している。

しかしながら、このウエストゲートバルブは、例えばアクセルの踏み込み操作により開から閉に切り換えられるので、その切換作動の遅れにより、過給圧の上昇が遅れる虞がある。
したがって、このようなウエストゲートバルブを備えたエンジンでは、例え上記のようなアクセルの踏み込み操作前に補機を駆動させる装置を採用したとしても、ウエストゲートバルブの切換遅れによる過給圧の上昇遅れにより、所望の加速レスポンスが得られることは困難であった。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ウエストゲートバルブを備えた車両走行用エンジンにおいて、加速時に過給圧を迅速に上昇させ、加速レスポンスを向上させる車両走行用エンジンの制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、車両走行用エンジンの排気通路に設けられたターボチャージャのタービンをバイパスするバイパス路と、前記バイパス路を開閉する開閉弁と、前記車両走行用エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、 前記運転状態検出手段により検出された前記運転状態が前記ターボチャージャによる過給を不要とする低負荷状態であるときに前記開閉弁を開作動させる制御手段と、を含んで構成される車両走行用エンジンの制御装置において、前記車両が加速される可能性が高い状態を検出する加速直前状態検出手段を備え、前記制御手段は、前記加速直前状態検出手段により、前記車両が加速される可能性が高い状態が検出されたときに、前記低負荷状態であるか否かに拘わらず前記開閉弁を強制的に閉作動させることを特徴とする。

また、請求項２の発明では、請求項１において、前記制御手段は、更に、前記加速直前状態検出手段により車両が加速される可能性が高い状態が検出されてから所定時間経過した後に、前記開閉弁の強制的な閉作動を解除することを特徴とする。

本発明の請求項１の車両走行用エンジンの制御装置によれば、車両がが加速される可能性が高い状態であるときには、例え非過給状態であっても強制的に開閉弁が閉作動するので、加速開始前にあらかじめバイパス路が閉止され、加速開始から迅速に効率よく排気をタービンに導入することができる。これにより、加速時に過給圧を迅速に上昇させることができ、加速レスポンスを向上させることができる。

また、請求項２に記載の車両走行用エンジンの制御装置によれば、車両が加速される可能性が高い状態となり強制的に開閉弁が閉作動を開始してから所定時間経過すると、この強制的な閉作動が解除され、開閉弁の開作動が可能となる。したがって、必要以上に開閉弁が閉作動することが防止され、燃費の低下を抑制することができる。

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る車両走行用エンジンの給排気系の構成図である。
図１に示すように、車両走行用エンジン（以下、単にエンジンという）１としては、例えば、直列４気筒のガソリンエンジンが採用される。エンジン１の吸気ポート２には、吸気マニホールド３を介して吸気管４が接続されており、一方、エンジン１の排気ポート５には、排気マニホールド６を介して排気管７が接続されている。

エンジン１には、ターボチャージャ８が備えられている。ターボチャージャ８は、吸気管４に介装されたコンプレッサ１０と、排気管７に介装されたタービン１１と、を含んで構成されており、エンジン１の排気によって駆動されたタービン１１の回転力を利用して、コンプレッサ１０を駆動して吸気を圧縮することで、エンジン１の出力を向上させる機能を有している。

コンプレッサ１０の上流側の吸気管４には、吸気中の塵埃を捕集するエアクリーナ１２が介装されている。また、コンプレッサ１０と吸気マニホールド３との間の吸気管５には、インタークーラ１３が介装されている。インタークーラ１３は、コンプレッサ１０により圧縮されて昇温した吸気を冷却することにより、エンジン１の体積効率を向上させる機能を有している。また、インタークーラ１３より下流側の吸気管４には、吸気流量Ｑfを検出する例えばカルマン渦式の吸気流量センサ１４と、吸気流量Ｑfを調節する電磁式のスロットル弁１５とが設けられている。更に、吸気マニホールド３には、吸気圧Ｐmを検出する吸気圧センサ１６が設けられている。

一方、タービン１１の下流側の排気管７には、排気中のＮＯx等を除去する三元触媒１７が介装されている。排気マニホールド６と三元触媒１７の上流側の排気管７との間には、タービン１１をバイパスするバイパス路２０が設けられている。更に、バイパス路２０には、開度を調整可能な電磁式の開閉弁であるＷＧＶ（ウエストゲートバルブ）２１が介装されている。

ＥＣＵ（電子コントロールユニット）３０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成され、エンジン１の制御を行うエンジン制御部３０ａとエンジン１以外の車両の制御を行う車両制御部３０ｂとを備えている。
ＥＣＵ３０の入力側には、上述した吸気流量センサ１４及び吸気圧センサ１６の他に、エンジンの回転速度Ｎeを検出する回転速度センサ３１、図示しない空燃比センサ等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。

一方、ＥＣＵ３０の出力側には、スロットル弁１５、図示しない燃料噴射弁及び点火コイル等の各種出力デバイスが接続されており、これら各種出力デバイスには各種センサ類からの検出情報に基づきＥＣＵ３０において演算された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等がそれぞれ出力され、これにより、適正なタイミングでスロットル弁１５が開閉操作され、燃料噴射弁から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射されるとともに、点火プラグにより適正なタイミングで火花点火が実施される。

更に、ＥＣＵ３０は、車速センサ３２から車速を、方向指示器（ウインカー）の操作器３３から方向指示器の操作信号（方向支持操作の有無）を入力し、これらの情報に基づいて、ＷＧＶ２１を制御する（制御手段）。なお、吸気流量センサ１４、吸気圧センサ１６及び回転速度センサ３１が本発明の運転状態検出手段に該当する一方、車速センサ３２及び操作器３３が本発明の加速直前状態検出手段に該当する。

図２〜４は、ＥＣＵ３０におけるＷＧＶ２１の制御手順を示す。以下同フローチャートに沿い本発明に係るＷＧＶ２１の開閉制御について説明する。
図２は、ＥＣＵ３０のエンジン制御部３０ａにおけるＷＧＶ２１の制御手順を示すフローチャートである。
本ルーチンはエンジン１の作動開始に伴い実行が開始される。

ステップＳ１０では、回転速度センサ３１からエンジン１の回転速度Ｎeを入力する。そしてステップＳ１２に進む。
ステップＳ１２では、吸気流量センサ１４から吸気流量Ｑfを入力する。そしてステップＳ１４に進む。
ステップＳ１４では、吸気圧センサ１６から吸気圧Ｐmを入力する。そして、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６では、過給を不要とする低負荷状態であるか否かを判別する。具体的には、ステップＳ１２及びステップＳ１４において入力した吸気流量Ｑf及び吸気圧Ｐmからエンジンの負荷Ｄを演算し、この負荷ＤとステップＳ１０において入力したエンジン回転数Ｎeに応じて、例えばあらかじめ実験等にて確認して設定しておいた第１のマップから読み出すことによって判別を行えばよい。なお、負荷Ｄは、例えばあらかじめ実験等にて確認して設定しておいた第２のマップから読み出すことによって行えばよい。そして、エンジン１が低負荷状態であると判定されたときにはステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８では、ステップＳ１０において入力した回転速度Ｎeが所定回転速度Ｎe１以上であるか否かを判別する。所定回転速度Ｎe１は、ＷＧＶ２１が開状態における排気抵抗と閉状態における排気抵抗との差が殆ど無くなるような排気流量に相当するエンジン１の回転速度に設定すればよい。回転速度Ｎeが所定回転速度Ｎe１以上である場合は、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、上記演算したエンジン１の負荷Ｄが所定負荷Ｄ１以上であるか否かを判定する。所定負荷Ｄ１は、タービン１１を通過する際の排気抵抗が無視できる程度に排気圧が低下するような負荷に設定すればよい。負荷Ｄが所定負荷Ｄ１以上であるときは、ステップＳ２２に進む。
このステップＳ１８及びステップＳ２０の処理により、ＷＧＶ２１を開閉しても排気抵抗が殆ど変化しないような場合ではＷＧＶ２１を閉状態のままとしておくことにより、ＷＧＶ２１の開閉頻度を少なくし、ＷＧＶ２１の寿命を向上させる。

ステップＳ２２では、後述する車両制御部３０ｂにおける判定結果（ＷＧＶ開禁止またはＷＧＶ開許可）を入力し、ＷＧＶ２１が開禁止状態であるか否かを判定する。ＷＧＶ２１が開禁止状態でない（開許可状態である）ときは、ステップＳ２４に進む。
ステップＳ２４では、ＷＧＶ２１を全開作動させる。そして、エンジン１が作動中である限り本ルーチンを繰り返し実行する。

このステップＳ１６、Ｓ２４の制御により、エンジン１が低負荷状態であるときにはＷＧＶ２１が全開作動するので、排気がタービン１１のみではなくバイパス路２０も通過可能となる。これにより、排気抵抗が低減し、低負荷時における燃費が向上する。
一方、ステップＳ１８においてエンジン回転速度Ｎeが所定回転速度Ｎe１未満であると判定された場合、ステップＳ２０において負荷Ｄが所定負荷Ｄ１未満であると判定された場合、ステップＳ２２において車両制御部３０ｂにおける判定結果がＷＧＶ開禁止であると判定された場合には、ステップＳ２６に進む。

ステップＳ２６では、ＷＧＶ２１を閉作動させる。そして、エンジン１が作動中である限り本ルーチンを繰り返し実行する。
このステップＳ１６、Ｓ２６の制御により、エンジン１が低負荷状態である場合であっても、車両制御部３０ｂにおいて開禁止であると判定されたときには、ＷＧＶ２１は閉作動する。

一方、ステップＳ１６においてエンジン１が低負荷状態でないと判定された場合は、ステップＳ２８に進む。
ステップＳ２８では、ステップＳ１４において入力した吸気圧Ｐmが所定圧Ｐm１より高いか否かを判別する。所定圧Ｐm１は、ターボチャージャ８の最大設定過給圧に設定すればよい。吸気圧Ｐmが所定圧Ｐm１より高い場合は、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０では、ＷＧＶ２１を開作動させ、吸気圧Ｐmが所定圧Ｐm１に一致するように調整する。そして、エンジン１が作動中である限り本ルーチンを繰り返し実行する。
このステップＳ２８〜３０の制御により、ターボチャージャ８の過給圧が最大設定過給圧以下に抑制される。
一方、ステップＳ２８において、吸気圧Ｐmが所定圧Ｐm１以下である場合は、ステップＳ３２に進む。

ステップＳ３２では、ＷＧＶ２１を閉作動させる。そして、エンジン１が作動中である限り本ルーチンを繰り返し実行する。
このステップＳ１６、２８、３２の制御により、エンジン１が低負荷状態でないときには、所定圧Ｐm１（最大設定過給圧）以下であることを条件としてＷＧＶ２１が閉作動するので、過給圧を最大限確保することができる。

図３は、車両制御部３０ｂにおけるＷＧＶ２１の開禁止判別制御手順を示すフローチャートである。本ルーチンはエンジン１の作動開始に伴い実行が開始される。
ステップＳ４０では、車速センサ３２から車速Ｖを入力する。そしてステップＳ４２に進む。
ステップＳ４２では、ステップＳ４０において入力した車速Ｖが所定速度Ｖ１より大きいか否かを判別する。所定速度Ｖ１は、追い越し走行時における車速の下限値であって、０より大きい値で適宜設定すればよい。車速Ｖが所定速度Ｖ１より大きい場合は、ステップＳ４４に進む。

ステップＳ４４では、方向指示器の操作器３３から操作信号を入力し、方向指示器がＯＮであるか（操作されているか）否かを判別する。方向指示器がＯＮであると判定された場合は、ステップＳ４６に進む。
ステップＳ４６では、ＷＧＶ２１の開作動を禁止する判定信号をエンジン制御部３０ａに出力する。そして、タイマーを作動させエンジン１が作動中である限り本ルーチンを繰り返し実行する。

一方、ステップＳ４２において車速Ｖが所定速度Ｖ１より以下であると判定された場合、ステップＳ４４において方向指示器がＯＮでない（操作されていない）と判定された場合は、ステップＳ４８に進む。
ステップＳ４８では、ＷＧＶ２１の開作動を許可する判定信号をエンジン制御部３０ａに出力する。そして、タイマーを０にリセットし、エンジン１が作動中である限り本ルーチンを繰り返し実行する。

本ルーチンにより、車速Ｖが所定速度Ｖ１より大きく、かつ方向指示器が操作されている場合は、車両が追い越しを行う可能性が高い状態であると見なし、ＷＧＶ２１の開作動を禁止する判定信号をエンジン制御部３０ａに出力する。一方、車速Ｖが所定速度Ｖ１以下、または方向指示器が操作されていない場合は、車両が追い越しを行う可能性が高い状態ではないと見なし、ＷＧＶ２１の開作動を許可する判定信号をエンジン制御部３０ａに出力する。即ち、本ルーチンは、車両が加速する可能性が高い状態であるか否かを判別するものである。

図４は、ＷＧＶ２１の開禁止の解除制御手順を示すフローチャートである。本ルーチンはエンジン１の作動開始に伴い実行が開始される。
ステップＳ５０では、車両制御部３０ｂから判定信号を入力し、ＷＧＶ２１が開禁止状態であるか否かを判別する。ＷＧＶ２１が開禁止状態である場合は、ステップＳ５２に進む。

ステップＳ５２では、タイマにより計測している経過時間Ｔを入力し、ＷＧＶ２１が開禁止状態であると判定を開始されたときからの経過時間Ｔが、所定時間Ｔ１以上であるか否かを判別する。所定時間Ｔ１は、方向指示器の操作を開始してから追い越しの終了まで必要な時間の最大値に設定すればよい。経過時間Ｔが、所定時間Ｔ１以上である場合はステップＳ５４に進む。

ステップＳ５４では、ＷＧＶ２１の開作動を許可する判定信号を出力する。そして、タイマーを０にリセットし、エンジン１が作動中である限り本ルーチンを繰り返し実行する。
一方、ステップＳ５０においてＷＧＶ２１が開許可状態である（開禁止状態でない）と判定された場合、またはステップＳ５２において経過時間Ｔが所定時間Ｔ１未満である場合は、そのままエンジン１が作動中である限り本ルーチンを繰り返し実行する。

本ルーチンにより、ＷＧＶ２１が開禁止状態となった場合、少なくともそれから所定時間Ｔ１経過すると、開許可状態となる。したがって、必要以上のＷＧＶ２１の開作動の禁止が防止され、燃費の低下を抑制できる。
図５を参照すると、追い越し時における本発明によるエンジントルクの上昇効果が実線で図示されている。なお、図中破線は本発明を採用しない（加速を開始した時点でＷＧＶ２１を閉作動させる）エンジンにおける体積効率、エンジントルクの推移を示す。

低負荷状態から追い越しを行う場合には、まず、方向指示器を操作してからアクセルを踏み込み操作することが想定される。この場合、図５に示すように、車両加速時にアクセル開度及びスロットル開度が増加するに伴い、ターボチャージャ８による過給が開始されて体積効率が向上し、エンジントルクが上昇する。本発明に係るエンジン１の制御装置では、方向指示器がＯＮとなるような、車両が加速する可能性が高い状態となったときにＷＧＶ２１の開作動を禁止することによって、例え低負荷状態であっても加速開始前にあらかじめＷＧＶ２１が閉状態となる。したがって、加速開始時ではすでにＷＧＶ２１は強制的に閉状態となっており、加速とともに過給圧の上昇が遅れることなく、エンジントルクが迅速に上昇して、加速レスポンスを向上させることができる。

なお、本実施形態では、車両が加速する可能性が高い状態として、車両の追い越し時を想定し、車速及び方向指示器の操作に基づいてＷＧＶ２１の開禁止判定を行っているが、この他にも、例えば車載カメラ等から車両進行方向前方の信号機の信号情報を取得し、信号待ちの状態（車速が所定値以下）であるときに信号機が赤から青に変化した場合に車両が加速する可能性が高い状態であると判定したり、カーナビからの情報により、車両が登坂路に間もなく差し掛かると判定したとき、または料金所を通過するときに車両が加速する可能性が高い状態であると判定したり、車載レーダや車載カメラ等により前方を走行する車両の走行軌跡を入力し、車速が所定値以下で前方を走行する車両が右左折したときに車両が加速する可能性が高い状態であると判定したり、また車車間通信や路車間通信により車両が加速する可能性が高い状態であると判定してもよい。

本発明に係る車両走行用エンジンの給排気系の構成図である。 ＥＣＵのエンジン制御部におけるＷＧＶの制御手順を示すフローチャートである。 ＥＣＵの車両制御部におけるＷＧＶの開禁止判定制御手順を示すフローチャートである。 ＷＧＶの開禁止の解除制御手順を示すフローチャートである。 本発明によるエンジントルクの上昇効果を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ エンジン
８ ターボチャージャ
１１ タービン
１４ 吸気流量センサ
１６ 吸気圧センサ
２０ バイパス路
２１ ＷＧＶ
３０ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
３１ 回転速度センサ
３２ 車速センサ
３３ 操作器

Claims (2)

1. 車両走行用エンジンの排気通路に設けられたターボチャージャのタービンをバイパスするバイパス路と、
   前記バイパス路を開閉する開閉弁と、
   前記車両走行用エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   前記運転状態検出手段により検出された前記運転状態が前記ターボチャージャによる過給を不要とする低負荷状態であるときに前記開閉弁を開作動させる制御手段と、を含んで構成される車両走行用エンジンの制御装置において、
   前記車両が加速される可能性が高い状態を検出する加速直前状態検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記加速直前状態検出手段により、前記車両が加速される可能性が高い状態が検出されたときに、前記低負荷状態であるか否かに拘わらず前記開閉弁を強制的に閉作動させることを特徴とする車両走行用エンジンの制御装置。
2. 前記制御手段は、更に、前記加速直前状態検出手段により車両が加速される可能性が高い状態が検出されてから所定時間経過した後に、前記開閉弁の強制的な閉作動を解除することを特徴とする請求項１記載の車両走行用エンジンの制御装置。

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