JP2009215996A - 過給機付きエンジンの制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機械式過給機付きエンジンにおいて、燃費及び運転性の向上を図る。
【解決手段】機械式過給機７と、機械式過給機７を迂回するバイパス通路８及びバイパスバルブ９と、電子制御式スロットルバルブ５と、無段自動変速機と、運転者の意思に応じた目標駆動力を算出する目標駆動力算出手段２２と、目標駆動力に応じて電磁クラッチ２３の締結・解除、バイパスバルブ９及び電子制御式スロットルバルブ５の開度並びに無段自動変速機の変速比を制御する駆動力制御手段２２と、車両の運転状態を加速状態、定常状態、減速状態に分類する運転状態判定手段２２と、機械式過給機７の前後圧力比を検出する圧力比検出手段１３、１５と、を備え、加速状態から定常状態へと移行した場合に、駆動力制御手段２２は変速比をＬｏｗ側に、かつバイパスバルブ開度を全開にするよう互いに協調して制御し、前後圧力比が所定の閾値より小さくなったら電磁クラッチ２３を解放する。
【選択図】図１

Description

本発明は、過給機を備えるエンジンの制御に関し、特に、過給圧と変速機の変速比の協調制御に関する。

過給機付きエンジン及びこのエンジンに連結される自動変速機の制御について、加速要求があった場合には、加速開始からの所定期間はエンジンの回転数が相対的に高くなるような変速比に設定し、所定期間経過後はエンジンの回転数が相対的に低くなるような変速比に設定することにより、加速時に過給圧を速やかに上昇させる制御が特許文献１に開示されている。
特開２００３−３９９８９号公報

しかしながら、特許文献１には加速状態の制御については開示されているものの、加速状態から定常走行状態への移行時及び定常走行状態の制御については開示されていない。また、過給機がエンジンの出力軸により駆動する機械式過給機の場合には、一般に、加速状態においては出力軸からの動力伝達を伝達する電磁クラッチを締結して機関出力を確保し、定常走行に移行したら、燃費性能向上のために電磁クラッチを解放する制御を行う。ここで、電磁クラッチ解放時に発生するトルクショックが大きいと運転性を悪化させることとなる。

そこで、本発明では、機械式過給機を備えるエンジン及びこのエンジンに連結される自動変速機について、加速状態から定常走行状態への移行時の運転性及び定常走行状態の燃費性能を向上させることを目的とする。

本発明の過給機付きエンジンの制御装置は、エンジンに吸入される吸気を過給する機械式過給機と、エンジンから機械式過給機に伝えられる回転力を断続するクラッチと、機械式過給機を迂回してエンジンに吸入空気を導くバイパス通路と、バイパス通路を開閉するバイパスバルブと、アクセル開度に応じて機械式過給機またはバイパス通路から導かれる吸入空気を調節する電子制御式スロットルバルブと、エンジンに連結される無段自動変速機と、運転者の意思に応じた目標駆動力を算出する目標駆動力算出手段と、目標駆動力に応じてクラッチの締結・解除、前記バイパスバルブの開度、電子制御式スロットルバルブの開度及び無段自動変速機の変速比を制御する駆動力制御手段と、を備える機械式過給機付きエンジンの制御装置であって、さらに、車両の運転状態を加速状態、定常状態、減速状態に分類する運転状態判定手段と、機械式過給機の前後圧力比を検出する圧力比検出手段と、を有し、加速状態から定常状態へと移行した場合に、駆動力制御手段は変速比をＬｏｗ側に、かつバイパスバルブ開度を全開にするよう互いに協調して制御し、機械式過給機の前後圧力比が所定の閾値より小さくなったらクラッチを解放する。

本発明によれば、定常状態ではクラッチを解放して非過給状態で走行するので、実用走行上、燃料増量領域に入る頻度を低減して燃費性能を向上させることができる。また、変速比制御によって、クラッチ解放時にはエンジン回転数が加速状態よりも低下しているので、クラッチ解放時のトルクショックを低減して運転性を向上させることができる。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態を適用するシステムの構成図である。
１はエンジン、２はエンジン１の吸気ポート１ａに接続する吸気通路、３は吸気通路２に設けたコレクタタンク、４はコレクタタンク３上流側の吸気通路（以下、上流側吸気通路という）、５はコレクタタンク３の上流に介装するスロットルバルブ、６は上流側吸気通路４のスロットルバルブ５より上流側に介装するインタークーラ、７はエンジン１により駆動される機械式過給機、８は機械式過給機７を迂回するバイパス通路、９はバイパス通路内に介装するバイパス流量調整弁としてのバイパス弁、１０は機械式過給機７上流側の上流側吸気通路４とバイパス通路８との分岐部よりも上流側に設けた吸入空気量検出手段としてのエアフローメータ、１１はコレクタタンク３内の圧力を検出する第４圧力センサ、１２はスロットルバルブ５より上流側の上流側吸気通路４内の圧力を検出する第３圧力センサ、１３は機械式過給機７とインタークーラ６との間の吸気通路内圧力を検出する第２圧力センサ、１４は第２圧力センサ１３付近の吸気通路内温度を検出する温度センサ、１５はエアフローメータ１０と機械式過給機７との間の吸気通路内圧力を検出する第１圧力センサである。

１６はエンジン１の排気ポート１ｂに接続する排気通路、１７は排気通路１６に介装する排気浄化触媒、１８は排気浄化触媒１７上流側に配置する空燃比センサ、１９は排気浄化触媒１７の下流側に配置するＯ₂センサ、２０はアクセル開度センサ、２１はクランク角センサ、２２は出力制御手段及び空燃比フィードバック制御手段としてのコントローラである。

機械式過給機７はエンジン１の駆動軸との連係を断接する電磁クラッチ２３を備えており、この電磁クラッチ２３は運転状態に応じて締結、解放される。電磁クラッチ２３を締結した場合にはエンジン１の動力によりコンプレッサー７ａが回転し、吸入空気を下流側に圧送することになる。一方、電磁クラッチ２３を解放した場合にはコンプレッサー７ａは回転しない。

スロットルバルブ５は、図示しないアクチュエータ等により開閉駆動される、いわゆる電子制御式のスロットルバルブであり、その開度はコントローラ２２が決定する。なお、スロットルバルブ５及びバイパスバルブ９の開度制御については後述する。

上流側吸気通路４に導入された吸入空気は、エアフローメータ１０により流量が検出される。そして、バイパスバルブ９が開いている場合はバイパス通路８を通り、閉じている場合は機械式過給機７を通過し、さらにスロットルバルブ５で流量を調節されてコレクタタンク３に導入され、そこからエンジン１の各気筒に導入される。

エンジン１の出力は、図示しない無段変速機（以下、単に「自動変速機」という）およびドライブシャフト等を介して車輪に伝達される。

コントローラ２２は、第１圧力センサ１５、第２圧力センサ１３、第３圧力センサ１２、第４圧力センサ１１、温度センサ１４、エアフローメータ１０、空燃比センサ１８、Ｏ₂センサ１９、アクセル開度センサ２０、クランク角センサ２１の各検出信号を読み込み、これらに基づいてスロットルバルブ５の開度、バイパスバルブ９の開度、機械式過給機７の駆動・停止、自動変速機の変速比、その他にも燃料噴射量や噴射時期等を決定する。なお、上記各センサの他にも、図示しないカム角センサ、水温センサ等を検出するセンサの検出信号も読み込まれる。

図２はエンジン１の運転領域マップである。図２中のＷＯＴトルク線は、バイパスバルブ９を全閉にし、電磁クラッチ２３を締結し、スロットルバルブ５を全開にした場合の最大トルクを示しており、ゼロＰａトルク線は、バイパスバルブ９を全開にし、電磁クラッチ２３を解放し、スロットルバルブ５を全開にした場合の最大トルクを示している。つまり、図２中の領域Ａは過給領域、領域Ｂは非過給領域を示している。

通常運転時には、上記のような運転領域マップに従って、コントローラ２２はスロットルバルブ５、バイパスバルブ９、自動変速機の変速比の制御（通常制御）を行う。例えば、アクセル開度センサ２０の検出値と車速とに基づいて、目標駆動力を算出し、この目標駆動力からエンジン１の目標トルクを算出し、これに基づいてスロットルバルブ５及びバイパスバルブ９の開度を制御する。そして、目標トルクに対して燃費が最少となるエンジン回転数（目標エンジン回転数）を割り付けたマップを用意しておき、このマップから目標エンジン回転数を求め、さらに、目標エンジン回転数を達成するための変速比を算出する。このように、コントローラ２２は、原則的には加速要求を満足し、かつ燃費が最少となるような制御を行う。

なお、通常制御においては、予め設定する任意のアクセル開度でスロットルバルブ５が全開となるようにアクセル開度−スロットルバルブ開度特性を設定し、アクセル開度に応じてスロットルバルブ５の開度を制御する。そして、アクセル開度（又はスロットルバルブ開度）が予め設定した値より大きくなったら、電磁クラッチ２３を締結して機械式過給機７を駆動する。また、機械式過給機７を駆動したら、スロットルバルブ５は全開にし、バイパスバルブ９の開度を制御することにより、トルクコントロールを行う。なお、アクセル開度−スロットルバルブ開度特性は、必ずしもアクセル開度変化量に対してスロットルバルブ開度が比例的に変化するようには設定されていない。例えば、低アクセル開度領域では高アクセル開度領域と比較して、アクセル開度変化量に対するスロットル開度変化量が大きくなるように設定する。

図３は、加速要求があった場合にコントローラ２２が実行する、電磁クラッチ２３の締結・解放制御、変速比の設定、バイパスバルブ９の開度制御のためのフローチャートである。

ステップＳ１では、加速要求の有無を判定する。具体的には、アクセル開度センサ２０の検出値に基づいて算出したアクセル開度変化量△ＡＰＯが閾値以上であるか否かを判定する。閾値以上の場合は加速要求有としてステップＳ２に進む。閾値より小さい場合には処理を終了する。

ステップＳ２では、機械式過給機７が駆動しているか否かを判定する。ここでは、上述した通常制御で電磁クラッチ２３が締結された場合にフラグｆＳＣを１にするようにしておき、このフラグに基づいて判定する。駆動している場合にはステップＳ３に進み、駆動していない場合には処理を終了する。

ステップＳ３では、定常状態判定か否かをアクセル開度の変化量△ＡＰＯに基づいて判定する。具体的には、定常状態判定ｌｏｗ側閾値ａｓｔｌ以上定常状態判定ｈｉｇｈ側閾値ａｓｔｈ以下の場合には定常状態であると判定する。定常状態と判定した場合にはステップＳ４に進み、定常状態でない場合にはステップＳ１８に進む。

ステップＳ４では、定常状態判定フラグｆＳＴを１にしてステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、定常状態継続時間ＴＦＳＴが予め設定した閾値ＴＦＳ０を超えたか否かを判定する。超えた場合にはステップＳ６に進み、超えていない場合には処理を終了する。

ステップＳ６では、現在の車速のまま定速走行するための目標駆動力を、通常制御の場合と同様に、アクセル開度センサ２０の検出値と車速とに基づいて演算する。

ステップＳ７では、目標駆動力に基づいて、自動変速機の変速比を演算する。

ステップＳ８では、バイパスバルブ９の開度変更に先んじて、自動変速機の変速比を変更する。ここでは、過給圧をモニタしながら、バイパスバルブ９を開方向へ動かすことによる過給圧低下、つまりエンジン１のトルク低下を補うように、予め変速比をＬｏｗ側、つまりエンジン１の回転速度が高まる方向に変化させる。

ステップＳ９では、バイパスバルブ９を開方向に制御する。

ステップＳ１０では、バイパスバルブ９の開度変化に応じて、目標駆動力となるように自動変速機の変速比を制御する。

ステップＳ１１では、第１、第２圧力センサ１３、１５の検出値から機械式過給機７前後の圧力比（第２圧力センサ検出値／第１圧力センサ検出値）ＳＣＰＲを演算する。

ステップＳ１２では、圧力比ＳＣＰＲが予め設定した閾値ＰＲ１（ここでは１とする）より小さいか否かを判定する。小さい場合はステップＳ１３に進み、大きい場合はステップＳ１７に進む。

ステップＳ１３では、電磁クラッチ２３を解放し、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４では、過給圧がゼロ[Ｐａ]で一定のまま走行するための変速比を演算し、ステップＳ１５でその値に制御する。

ステップＳ１６では、ステップＳ３と同様に定常状態か否かを判定する。定常状態であれば処理を終了し、定常状態でなければステップＳ１４に戻る。

ステップＳ１７では、図２の過給領域で定常運転中であるか否かを判定し、定常運転中であればステップＳ１１に戻り、定常運転中でなければ処理を終了する。

一方、ステップＳ３で定常状態でないと判定された場合は、ステップＳ１８でアクセル開度変化量△ＡＰＯに基づいて減速状態が否かを判定する。減速状態であればステップＳ１９に進み、減速状態でなければ処理を終了する。

ステップＳ１９では、減速判定フラグｆｇｅｎｓｏｋｕを１にする。

ステップＳ２０では、バイパスバルブ９を全開にする。

ステップＳ２１では、アクセル開度−スロットルバルブ開度特性を１：１にする。すなわち、アクセル開度の変化量に対して、スロットルバルブ５の開度が比例的に変化するようにする。

ステップＳ２２、Ｓ２３では、ステップＳ１１、Ｓ１２と同様に機械式過給機７の前後圧力比ＳＣＰＲの算出及び閾値ＰＲ１との比較を行う。閾値ＰＲ１より小さい場合はステップＳ２４に進み、大きい場合はステップＳ２６に進む。

ステップＳ２４では、現在の変速比ｒａｔｉｏが最ｈｉｇｈ値ｒａｔｉｏｈｉｇｈより大きいか否か、つまりｌｏｗ側か否かを判定する。ｌｏｗ側である場合にはステップＳ２５に進み、そうでない場合にはステップＳ２２に戻る。

ステップＳ２５では電磁クラッチ２３を解放して処理を終了する。

ステップＳ２６では、図２の過給領域で減速中であるか否かを判定する。減速中である場合にはステップＳ２２に戻り、そうでない場合には処理を終了する。

上記のように、機械式過給機７を駆動した状態で定常状態に移行したと判定した場合には、自動変速機の変速比をｌｏｗ側にシフトさせ、これと協調してバイパスバルブ９を開方向に制御する。そして、バイパスバルブ９の開度が増大して機械式過給機７の前後圧力比ＳＣＰＲが１になったら、電磁クラッチ２３を解放する。

一方、機械式過給機７を駆動した状態から減速状態へ移行したと判定した場合には、バイパスバルブ９を全開にしてスロットルバルブ５を閉じることによって、ポンプロスによるエンジンブレーキを活用するようにし、さらに、必要な減速感が得られるようにアクセル開度−スロットルバルブ開度特性を１：１に変更する。

また、このとき電磁クラッチ２３解放の条件として、自動変速機の変速比による判定を加え、変速比が最ｈｉｇｈからｌｏｗ側へ変速したタイミング、かつ機械式過給機７の前後圧力比ＳＣＰＲが予め設定した値となったときに解放する。

図４は、機械式過給機７を駆動した状態で定常状態に移行した場合の一例を示すタイムチャートである。

時刻ｔ１からアクセル開度が増大し始め、これに応じてスロットルバルブ開度も増大する。これによりエンジン回転数及びコレクタ圧が増大し、変速比一定のまま車速が増大する。

時刻ｔ２でスロットルバルブ開度が全開、コレクタ圧がゼロ[Ｐａ]になると、電磁クラッチ２３が締結され、変速比がｈｉｇｈ側に変化する。これにより、エンジン回転数は一定のまま、車速は増大し続ける。また、バイパスバルブ９は閉方向に制御される。

時刻ｔ３で車速が目標値に達すると、車速を目標値に保つためアクセル開度は時刻ｔ４までし、バイパスバルブ９の開度は増大する。

時刻ｔ４から所定期間ＴＦＳＴ経過後の時刻ｔ５までアクセル開度が一定のまま、つまり定常状態が継続すると、定常状態であると判定し、変速比がｌｏｗ側に制御され、これに伴ってエンジン回転数が上昇する。さらに、変速比の変更と協調してバイパスバルブ９の全開に向けて制御され、コレクタ圧は低下する。なお、車速は一定のままである。

時刻ｔ６でコレクタ圧がゼロ[Ｐａ]まで低下すると、機械式過給機７の前後圧力比ＳＣＰＲは１となるので、電磁クラッチ２３が解放され、非過給で車速一定を維持する。

その後、時刻ｔ７でアクセル開度が減少すると、非過給での定常状態から減速状態へと移行する。なお、減速開始とともに変速比が最ｈｉｇｈに変化しているが、これは一般的な無段変速機における減速時制御と同様である。

図５は、機械式過給機７を駆動した状態から減速状態へ移行した場合の制御、つまり図３のステップＳ１８以降の制御を実行した場合の一例を示すタイムチャートである。

過給領域での走行中、時刻ｔ１でアクセル開度ＡＰＯが減少して減速状態に入ると、一般的な無段変速機と同様に、変速比は最ｈｉｇｈに変化する。そして、バイパスバルブ９は全開に制御され、アクセル開度−スロットルバルブ開度特性は１：１に変更される。これにより、減速Ｇが発生する。また、時刻ｔ２にはコレクタ圧がゼロ[Ｐａ]まで低下する。

そして、時刻ｔ３で変速比が最ｈｉｇｈからｌｏｗ側へ変化し始めると、機械式過給機７の前後圧力比ＳＣＰＲはすでに閾値ＰＲ１（ＰＲ＝１）より小さいので、電磁クラッチ２３を解放する。

以上にように本実施形態では、次のような効果を得ることができる。

（１）エンジン１に吸入される吸気を過給する機械式過給機７と、エンジン１から機械式過給機７に伝えられる回転力を断続する電磁クラッチ２３と、吸入空気量を検出するエアフローメータ１０と、機械式過給機７を迂回してエンジン１に吸入空気を導くバイパス通路８と、バイパス通路８を開閉するバイパスバルブ９と、アクセル開度に応じて機械式過給機７またはバイパス通路８から導かれる吸入空気量を調節する電子制御式スロットルバルブ５と、エンジン１に連結される変速機と、運転者の意思に応じた目標駆動力を算出し、目標駆動力に応じて電磁クラッチ２３の締結・解除、バイパスバルブ９の開度、スロットルバルブ５の開度及び変速機の変速比を制御するコントローラ２２と、を備える機械式過給機付きエンジンの制御装置において、車両の運転状態を加速状態、定常状態、減速状態に分類する運転状態判定手段としてのコントローラ２２と、機械式過給機７の前後圧力比ＳＣＰＲを検出するための圧力センサ１３、１５と、を有し、加速状態から定常状態へと移行した場合に、変速比をＬｏｗ側に、かつバイパスバルブ開度を全開にするよう互いに協調して制御し、前後圧力比が１になったら電磁クラッチ２３を解放するので、定常状態では非過給状態での走行となり、燃費性能の向上を図ることができる。また、加速状態よりもエンジン回転数が低くなった状態で電磁クラッチ２３を解放するので、解放時のトルクショックを低減して運転性を向上させることができる。

（２）バイパスバルブ開度を変化させるのに先立って変速比をＬｏｗ側に変化させるので、バイパスバルブ９を開方向に動かすことによる過給圧低下に伴ってエンジントルクが低下しても、駆動力を確保することができる。

（３）電磁クラッチ２３が締結されている状態で減速状態となった場合に、バイパスバルブ９を開方向に制御し、バイパスバルブ開度が全開になったらアクセル開度の変化量とスロットルバルブ開度変化量の比を１対１に設定し、その後、変速比を最ｈｉｇｈからＬｏｗ側へ変更してから電磁クラッチ２３を解放するので、エンジンブレーキによる減速感を得ることができる。

なお、上記説明においては、説明を単純化するために閾値ＰＲ１＝１としたが、詳細には、電磁クラッチ２３の応答遅れや動作速度等といった特性に応じて大小させる。どの程度大小させるかは、予め実験等によって定めればよい。

また、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。

本実施形態を適用するシステムの構成図である。 運転領域マップである。 本実施形態の制御ロジックを示すフローチャートである。 過給領域で定常状態へ移行した場合のタイムチャートである。 過給領域で減速状態へ移行した場合のタイムチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ 吸気通路
３ コレクタタンク
４ コレクタタンク上流側の吸気通路（上流側吸気通路）
５ スロットルバルブ
６ インタークーラ
７ 機械式過給機
８ バイパス通路
９ バイパスバルブ
１０ エアフローメータ
１１ 第４圧力センサ
１２ 第３圧力センサ
１３ 第２圧力センサ
１４ 温度センサ
１５ 第１圧力センサ
１６ 排気通路
１７ 排気浄化触媒
１８ 空燃比センサ
１９ Ｏ₂センサ
２０ アクセル開度センサ
２１ クランク角センサ
２２ コントローラ
２３ 電磁クラッチ

Claims (5)

1. エンジンに吸入される吸気を過給する機械式過給機と、
   エンジンから前記機械式過給機に伝えられる回転力を断続する電磁クラッチと、
   前記機械式過給機を迂回してエンジンに吸入空気を導くバイパス通路と、
   バイパス通路を開閉するバイパスバルブと、
   アクセル開度に応じて機械式過給機またはバイパス通路から導かれる吸入空気量を調節する電子制御式スロットルバルブと、
   前記エンジンに連結される無段自動変速機と、
   運転者の意思に応じた目標駆動力を算出する目標駆動力算出手段と、
   前記目標駆動力に応じて前記電磁クラッチの締結・解除、前記バイパスバルブの開度、前記電子制御式スロットルバルブの開度及び前記無段自動変速機の変速比を制御する駆動力制御手段と、
   を備える機械式過給機付きエンジンの制御装置において、
   車両の運転状態を加速状態、定常状態、減速状態に分類する運転状態判定手段と、
   前記機械式過給機の前後圧力比を検出する圧力比検出手段と、
   を有し、
   加速状態から定常状態へと移行した場合に、前記駆動力制御手段は変速比をＬｏｗ側に、かつバイパスバルブ開度を全開にするよう互いに協調して制御し、前記機械式過給機の前後圧力比が所定の閾値より小さくなったら前記電磁クラッチを解放することを特徴とする過給機付きエンジンの制御装置。
2. 前記駆動力制御手段は、バイパスバルブ開度を変化させるのに先立って変速比をＬｏｗ側に変化させることを特徴とする請求項１に記載の過給機付きエンジンの制御装置。
3. 前記電磁クラッチが締結されている状態で減速状態となった場合に、前記駆動力制御手段は、前記バイパスバルブを開方向に制御し、前記バイパスバルブ開度が全開になったら前記アクセル開度の変化量と前記電子制御式スロットルバルブ開度変化量の比を１対１に設定した後で、変速比を最ｈｉｇｈからＬｏｗ側へ変更してから前記電磁クラッチを解放することを特徴とする請求項１または２に記載の過給機付きエンジンの制御装置。
4. エンジンに吸入される吸気を過給する機械式過給機と、
   エンジンから前記機械式過給機に伝えられる回転力を断続する電磁クラッチと、
   前記機械式過給機を迂回してエンジンに吸入空気を導くバイパス通路と、
   バイパス通路を開閉するバイパスバルブと、
   アクセル開度に応じて機械式過給機またはバイパス通路から導かれる吸入空気を調節する電子制御式スロットルバルブと、
   前記エンジンに連結される無段自動変速機と、
   運転者の意思に応じた目標駆動力を算出する目標駆動力算出手段と、
   を備える機械式過給機付きエンジンの制御方法において、
   車両の運転状態を加速状態、定常状態、減速状態に分類し、
   加速状態から定常状態へと移行した場合に、変速比をＬｏｗ側に、かつバイパスバルブ開度を全開にするよう互いに協調して制御し、前記機械式過給機の前後圧力比が所定の閾値より小さくなったら前記電磁クラッチを解放することを特徴とする過給機付きエンジンの制御方法。
5. 前記電磁クラッチが締結されている状態で減速状態となった場合に、前記バイパスバルブを開方向に制御し、前記バイパスバルブ開度が全開になったら前記アクセル開度の変化量と前記電子制御式スロットルバルブ開度変化量の比を１対１に設定し、その後で変速比を最ｈｉｇｈからＬｏｗ側へ変更してから前記電磁クラッチを解放することを特徴とする請求項４に記載の過給機付きエンジンの制御方法。

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