JP2012246800A

JP2012246800A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2012246800A
Application number: JP2011117643A
Authority: JP
Inventors: Yukimare Morinaga; 幸希森永; Shinji Niwa; 伸二丹羽; Kenji Nakajima; 健治中嶋
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2031-05-26
Also published as: JP5808152B2

Abstract

【課題】高負荷運転から減速に転じる場合の過給圧が過大とならないよう抑制する制御の適正化を図る。
【解決手段】排気ターボ過給機５を備える内燃機関０にあって、高負荷運転からスロットル弁３３が閉じられ減速する際に、そのスロットル弁３３の閉じ量に応じて電動ウェイストゲート弁４４を開度を拡大させる操作を行うこととした。これにより、タービン５２及びコンプレッサ５１を速やかに減速させて過給圧を低下させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ターボ過給機が付帯した内燃機関の制御装置に関する。

排気ターボ過給機を備える内燃機関には、ウェイストゲートを付設することが通例である。ウェイストゲートは、排気通路におけるタービンの上流側と下流側とを接続するバイパス通路を開閉するものであり、一般的には、吸気通路を流通する吸気の圧力を過過給とならないよう抑制する機能を発揮する。

例えば、下記特許文献１に開示されているウェイストゲート弁は、ダイヤフラム室に供給される過給気の圧力を利用するダイヤフラム式アクチュエータによって駆動する。このアクチュエータには、ダイヤフラム室を大気に開放し得る制御弁（ＶＳＶ）が付帯しており、ＶＳＶの開度をデューティ制御することを通じてウェイストゲートバルブの開度を調節し、以て過給圧の制御を実現することができる。

しかし、アクセルペダルが踏み込まれスロットル弁が全開に近い高負荷運転から、アクセルペダルから足が離されてスロットル弁が閉止し減速するような場合において、ＶＳＶを操作したとしてもコンプレッサによる過給圧の低下が遅れ、減速しにくい、いわばエンジンブレーキが効きにくい状況が発生することがあった。

特開２００９−１８０１１２号公報

本発明は、高負荷運転から減速に転じる場合の過給圧の制御の適正化を図ることを所期の目的とする。

本発明では、排気通路に設けられたタービンと、吸気通路に設けられ前記タービンにより駆動されるコンプレッサと、前記排気通路における前記タービンの上流側と下流側とを接続するバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられ電気的に開度制御可能なバイパス弁とを備えた内燃機関を制御する制御装置であって、スロットル弁の開度が所定以上大きい状態で前記バイパス弁を所定開度以下に閉じており、その状態からスロットル弁の開度が閉じられる際にその閉じ量に応じて前記バイパス弁の開度を拡大させる操作を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置を構成した。

例えば、スロットル弁の開度が大きい高負荷運転から、スロットル弁の開度が全閉または全閉近くまで閉じられるときには、電動のバイパス弁を全開または全開に近い開度まで開放する操作を行い、気筒から排出される燃焼ガスをバイパス通路経由で流通させ、タービンを迂回させて過給圧を速やかに低下させる。

あるいは、スロットル弁の開度が大きい高負荷運転から、スロットル弁の開度が中程度まで絞られる（ハーフスロットル）ときには、バイパス弁を一旦中程度まで開放し、その後再び所定開度以下まで閉止する操作を行う。これにより、過給圧の速やかなる低下を促す一方、ある程度の過給圧を確保して再加速の際の応答遅れを予防する。

本発明によれば、高負荷運転から減速に転じる場合の過給圧の制御の適正化を図ることができる。

本発明の一実施形態における内燃機関及び制御装置の構成を示す図。同実施形態におけるスロットル弁の開度とバイパス弁の開度との関係を示すタイミングチャート。同実施形態におけるスロットル弁の開度とバイパス弁の開度との関係を示すタイミングチャート。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関０の概要を示す。本実施形態の内燃機関０は、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）と、各気筒１内に燃料を噴射するインジェクタ１１と、各気筒１に吸気を供給するための吸気通路３と、各気筒１から排気を排出するための排気通路４と、吸気通路３を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機５と、排気通路４から吸気通路３に向けてＥＧＲガスを還流させる外部ＥＧＲ通路２とを備えている。

吸気通路３は、外部から空気を取り入れて気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３２、電子スロットル弁３３、サージタンク３４、吸気マニホルド３５を、上流からこの順序に配置している。

排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２、過給機５の駆動タービン５２及び三元触媒４１を配置している。加えて、タービン５２を迂回する排気バイパス通路４３、及びこのバイパス通路４３の入口を開閉するバイパス弁であるウェイストゲート弁４４を設けてある。ウェイストゲート弁４４は、アクチュエータに制御信号ｌを入力することで高速に開閉操作することが可能な電動ウェイストゲート弁であり、そのアクチュエータとしてＤＣサーボモータを用いている。

排気ターボ過給機５は、駆動タービン５２とコンプレッサ５１とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン５２を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ５１にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。

外部ＥＧＲ通路２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものである。外部ＥＧＲ通路２の入口は、排気通路４におけるタービン５２の上流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路２の出口は、吸気通路３におけるスロットル弁３３の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３４に接続している。外部ＥＧＲ通路２上にも、ＥＧＲクーラ２１及びＥＧＲ弁２２を設けてある。

内燃機関０の運転制御を司る電子制御装置（ＥＣＵ）６は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。入力インタフェースには、車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、エンジン回転数を検出する回転数センサから出力される回転数信号ｂ、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルセンサから出力されるアクセル開度要求信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３４）内の吸気圧（過給圧）及び吸気温を検出する圧力・温度センサから出力される吸気圧及び吸気温信号ｄ、排気通路４内の排気圧を検出する背圧センサから出力される背圧信号ｅ、吸気カムシャフトの端部にあるタイミングセンサから出力されるクランク角度信号及び気筒判別用信号ｆ、排気カムシャフトの端部にあるタイミングセンサから所定クランク角度の回転毎に出力される排気カム信号ｇ等が入力される。但し、背圧センサは必須ではない。出力インタフェースからは、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｈ、点火プラグ（のイグニッションコイル）に対して点火信号ｉ、ＥＧＲ弁２２に対して開度操作信号ｊ、スロットル弁３３に対して開度操作信号ｋ、ウェイストゲート弁４４に対して開度操作信号ｌ等を出力する。アクセルペダルの踏込量は、運転者が指令する要求負荷（吸気量及び燃料噴射量、エンジン出力）と捉えることができる。

ＥＣＵ６のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行して、内燃機関０の運転を制御する。ＥＣＵ６は、内燃機関０の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇを入力インタフェースを介して取得し、それらに基づいて吸気量や要求燃料噴射量、点火時期、要求ＥＧＲ量等を演算する。そして、演算結果に対応した各種制御信号ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。

本実施形態におけるウェイストゲート弁４４は、内燃機関０の高負荷運転時の過過給を防止する役割を担うだけでなく、高負荷運転から減速がなされる場合における過給圧の制御にも用いられる。そのために、制御装置たるＥＣＵ６は、運転者によって踏み込まれていたアクセルペダルの踏込量が減少する減速要求を検知した際、または所定開度以上に開いていたスロットル弁３３の開度が減少する際に、その踏込量または開度の減少量に応じてウェイストゲート弁４４の開度を拡大させる操作を行う。

図２及び図３はそれぞれ、スロットル弁３３の開度とウェイストゲート弁４４の開度との関係を示すタイミングチャートである。アクセルペダルが強く踏み込まれ、スロットル弁３３の開度が所定以上に大きい（特に、全開または全開に近い）高負荷運転時、ウェイストゲート弁４４の開度は所定以下に（特に、全閉または全閉に近い開度に）閉じている。

上記の状態から、アクセルペダルから足が離れ、スロットル弁３３の開度が全閉または全閉に近い開度まで閉じられる際には、図２に示すように、ＥＣＵ６がウェイストゲート弁４４の開度を全閉または全閉に近い開度まで閉じる操作を実行する。これにより、タービン５２及びコンプレッサ５１が速やかに減速し、過給圧が速やかに低下する。

あるいは、上記の状態から、スロットル弁３３の開度が全閉には至らない中程度の開度まで絞られるハーフスロットルの際には、図３に示すように、ＥＣＵ６がウェイストゲート弁４４を一旦中程度まで開放し、その後再び所定開度以下（特に、全閉または全閉に近い開度）まで閉止する操作を実行する。これにより、過給圧の低下を促す一方、ウェイストゲート弁４４を再度閉じることである程度の過給圧を確保し、再加速の際の応答遅れを予防する。ウェイストゲート弁４４を一時開弁するときの開度は、スロットル弁３３のハーフスロットルの開度が小さいほど大きくする。換言すれば、ウェイストゲート弁４４を一時開弁するときの開度は、気筒１に充填される吸入空気量がその目標となる要求負荷に追従するようにフィードバック制御する。

ＥＣＵ４が操作するウェイストゲート弁４４の開閉の速度（開度の単位時間当たり変化量）は、スロットル弁３３の開閉速度に応じる。即ち、スロットル弁の開度が大きい高負荷運転状態から当該スロットル弁３３の開度が縮小する速度が速いほど、閉じていたウェイストゲート弁４４の開放の速度も速くする。

本実施形態では、排気通路４に設けられたタービン５２と、吸気通路３に設けられ前記タービン５２により駆動されるコンプレッサ５１と、前記排気通路４における前記タービン５２の上流側と下流側とを接続するバイパス通路４３と、前記バイパス通路４３に設けられ電気的に開度制御可能なバイパス弁４４とを備えた内燃機関０を制御するものであって、スロットル弁３３の開度が所定以上大きい状態で前記バイパス弁４４を所定開度以下に閉じており、その状態からスロットル弁３３の開度が閉じられる際にその閉じ量に応じて前記バイパス弁４４の開度を拡大させる操作を行う制御装置６を構成した。

本実施形態によれば、高負荷運転から減速に転じる場合の過給圧の制御の適正化を図ることができ、過給圧を速やかに低下させて内燃機関０を減速させることが可能である。また、ＥＧＲを併用する場合において、高負荷運転から減速するときにＥＧＲ通路２を還流するＥＧＲガス量が急増して燃焼が不安定になる問題を回避できる。過給慣性による減速応答遅れが低減し、加えてＥＧＲガス量の急増防止によりＥＧＲ量の上限を引き上げることが可能になるため、燃費の向上に寄与し得る。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される過給機付きの内燃機関に適用することができる。

０…内燃機関
３…吸気通路
４…排気通路
４３…バイパス通路
４４…バイパス弁（ウェイストゲート弁）
５…排気ターボ過給機
５１…コンプレッサ
６…制御装置（ＥＣＵ）

Claims

排気通路に設けられたタービンと、
吸気通路に設けられ前記タービンにより駆動されるコンプレッサと、
前記排気通路における前記タービンの上流側と下流側とを接続するバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられ電気的に開度制御可能なバイパス弁とを備えた内燃機関を制御する制御装置であって、
スロットル弁の開度が所定以上大きい状態で前記バイパス弁を所定開度以下に閉じており、その状態からスロットル弁の開度が閉じられる際にその閉じ量に応じて前記バイパス弁の開度を拡大させる操作を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。