JP2014047627A - 内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置 - Google Patents

内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】高応答性を確保すると共に、消費電力を低減することができるウェイストゲートバルブ制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の運転状態に応じて、目標ウェイストゲートバルブ開度を設定し、検出した内燃機関の回転数と設定した目標ウェイストゲートバルブ開度に応じて、内燃機関に対する過給の要否を判定し、過給の必要がないと判定した場合において、ウェイストゲートバルブが所望の開度となったときウェイストゲートバルブ駆動部に対する駆動電流を停止させるようにした。
【選択図】図2

Description

この発明は、ターボチャージャ等の過給機を備えた内燃機関に設けられたウェイストゲートバルブ制御装置に関するものである。
従来、内燃機関の出力を向上させること等を目的として、内燃機関の吸気路にターボチャージャを設け、吸気路内の吸気をターボチャージャにより過給して内燃機関へ供給するようにした技術が知られている。ターボチャージャは、内燃機関の排気ガスによりタービンを回転させて内燃機関へ供給する空気を加圧するものであるが、内燃機関が高回転高負荷の状態にあると、必要以上に過給圧が増加して内燃機関を破損させる恐れがある。
そこで、通常、タービンへ供給する排気ガスの一部をバイパスさせる排気バイパス路を排気路に設け、この排気バイパス路に分流する排気ガスのバイパス量を、排気バイパス路に設けたウェイストゲートバルブ(以下、W/Gバルブと称することもある)により制御することによりタービンへの排ガスの流入量を調節し、内燃機関への吸気圧(過給圧)を適正レベルに制御するようにしている。
一般に、W/Gバルブは、正圧式アクチュエータを用いて駆動される。このアクチュエータは、内燃機関の吸気路、特に圧力が上昇するスロットルバルブの上流側の吸気路と連結されており、内燃機関の吸気路の圧力が大気圧より大きくなるとアクチュエータの動作が可能となるように構成されている。通常、W/Gバルブは、アクチュエータの動作が可能となるまでは閉位置に保持される。
前述のように構成された従来のW/Gバルブ制御装置の構成では、内燃機関の吸気路の圧力が高まらなければ、W/Gバルブを操作することができず、吸気路の圧力が所定以下のときは、W/Gバルブの開度変更要求があってもW/Gバルブを操作することができなかった。
そこで、近年、W/Gバルブを電動機により駆動する電動W/G駆動方式とし、吸気路の圧力の如何によらず、必要なときにW/Gバルブを操作してターボチャージャによる過給を制限し、燃費の改善を図るシステムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この従来の装置によれば、内燃機関の負荷が軽負荷の場合に、W/Gバルブの開度を大きくすることで、排気圧力を低下させ、ターボチャージャのポンプ損失を低減し、燃費向上に寄与することができる。
特開2006−274831号公報
特許文献1に開示された従来のW/Gバルブは、電流により制御されるようにされているため、目標となる開度位置で固定する場合に通電が必要となり、特許文献1には消費電力に関する記載がないものの、いままで不要であった電力が消費される可能性がある。また、特許文献1にはW/Gバルブ開度を50〜80[%](0[%]が全閉、100[%]が全開)で制御することが望ましいとの記述があるが、軽負荷時(排気流量が低流量時)には20[%]以下の開度で制御すると過給圧が上がりやすいことが実験的に確認されており、特に過渡時にはW/Gバルブを全閉として過給することで応答性が向上することが考えられる。しかし、前述の従来の装置の構成では、通常、W/Gバルブを開き側で制御するため、過渡時にW/Gバルブを全閉するまでのW/Gバルブの開度変化時間が長くなる恐れがある。
この発明は、従来の電動W/Gバルブ制御装置に於ける前述のような課題を解消することを目的としてなされたものであり、高応答性を確保すると共に、消費電力を低減することができる電動W/Gバルブ制御装置を提供することを目的とする。
この発明による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置は、
内燃機関の吸気路に設けられたスロットルバルブと、
前記内燃機関の排気路に設けられたタービンと、前記スロットルバルブの上流側に設けられ、前記タービンと一体に回転する圧縮機とを有する過給機と、
前記タービンを迂回するバイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブと、
前記ウェイストゲートバルブを駆動することにより前記バイパス通路の流路断面積を変更するウェイストゲートバルブ駆動部と、
前記ウェイストゲートバルブ駆動部の可変量を検出する開度センサと、
前記内燃機関の回転数を検出する回転数センサと、
を備えた内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置であって、
前記内燃機関の運転状態に応じて、目標ウェイストゲートバルブ開度を設定し、
前記検出した前記内燃機関の回転数と前記設定した目標ウェイストゲートバルブ開度に応じて、前記内燃機関に対する過給の要否を判定し、
前記過給の必要がないと判定した場合に、前記ウェイストゲートバルブが所望の開度となったとき前記ウェイストゲートバルブ駆動部に対する駆動電流を停止させる、
ことを特徴とするものである。
この発明による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置によれば、内燃機関の運転状態に応じて、目標ウェイストゲートバルブ開度を設定し、検出した内燃機関の回転数と設定した目標ウェイストゲートバルブ開度に応じて、内燃機関に対する過給の要否を判定し、過給の必要がないと判定した場合に、ウェイストゲートバルブが所望の開度となったときウェイストゲートバルブ駆動部に対する駆動電流を停止させるように構成されているので、過給不要と判断した際に、ウェイストゲートバルブを全開位置から全閉位置側に設定することで過渡要求時におけるウェイストゲートバルブの変化時間を低減し、更にウェイストゲートバルブ駆動部の駆動電流の供給を停止することで消費電力を低減することが可能となる。
この発明の実施の形態1による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置が適用される、内燃機関の構成の一例を示す構成図である。 この発明の実施の形態1による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置のブロック図である。 この発明の実施の形態1による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態1による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置に用いる目標過給圧のマップである。 この発明の実施の形態1による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置に用いる目標ウェイストゲートバルブ開度のマップである。 この発明の実施の形態1による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置に於ける、駆動電流停止オフセット値のテーブルである。 この発明の実施の形態1による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置に於ける、目標ウェイストゲートバルブ開度と電動ウェイストゲートバルブアクチュエータの駆動電流の動きを示す波形図である。 この発明の実施の形態2による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置のブロック図である。 この発明の実施の形態2による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態2による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置に用いる要求トルクのマップである。 この発明の実施の形態2による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置に用いる目標ウェイストゲートバルブ開度のマップである。 この発明の実施の形態1及び2による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置に適用される電動ウェイストゲートバルブチュエータの構成を示す構成図である。 図12に示すウェイストゲートバルブアクチュエータに於ける過給圧と排気流量の関係を示す特性図である。
実施の形態1.
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態1による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置について説明する。図1は、この発明の実施の形態1による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置が適用される、内燃機関の構成の一例を示す構成図である。図1に於いて、内燃機関100には外気がエアクリーナー1を通り導入される。導入された外気は、コンプレッサ2が回転することにより過給される。コンプレッサ2は、タービン軸3を介して排気タービン4に接続されている。
排気タービン4は、内燃機関10の排気ガスのエネルギーによって回転する。コンプレッサ2により過給された外気は、インタークーラー5を通り、吸気量を調節するスロットルバルブ6、サージタンク7を経てインジェクタ8からの燃料噴射により混合気となり、吸気バルブ9を通って燃焼室10に吸気される。この外気が吸入される通路上には、コンプレッサ2の上流と下流を接続したバイパス通路の流量を制御するエアバイパスバルブ11、スロットルバルブ6の上流部の圧力(コンプレッサ2の下流側の圧力)を測定するスロットルバルブ上流圧センサ12、サージタンク7内の圧力を計測する吸気管内圧センサ13が配設されている。
ここで、内燃機関100は、スロットルバルブ上流圧センサ12の出力と吸気管内圧センサ13の出力から求める圧力比と、スロットルバルブ6の開度から求める有効開口面積から吸気量を推定するようにシステム構成されている。スロットルバルブ上流圧センサ12を設けていることで、吸気量を推定する精度が高まる。
燃焼室10に吸気された混合気は、点火プラグ14により点火され燃焼ガスとなる。燃焼室10にはピストン15が存在し、ピストン15にはクランク軸16が接続されている。燃焼ガスによってピストン15が燃焼室10内を往復運動することによりクランク軸16は回転させられる。クランク軸16には図示しないクランクプレートが取り付けられている。クランクプレートには突起設けられており、クランク角検出センサ17はこの突起を検出することによりクランク軸16の回転数やクランク角度位置を検出する。
燃焼室10の燃焼ガスは、排気バルブ18を通って排気される。排気タービン4は、排気された排気ガスにより駆動されて回転し、タービン軸3を介してコンプレッサ2を回転させる。また、排気タービン4の上流と下流をバイパスしたバイパス通路50が設けられており、排気タービン4へ導入される排気ガスの量はバイパス通路50に配設されたW/Gバルブ19により調整される。
W/Gバルブ19は、電動モータにより駆動されるW/Gバルブアクチュエータ(以下、電動W/Gバルブアクチュエータと称する)20に連結されており、電動W/Gバルブアクチュエータ20を駆動することでW/Gバルブ19が開閉動作し、バイパス通路の排気ガス流量を調整する。すなわち、W/Gバルブ19は、排気タービン4への駆動力を調整することとなり、スロットルバルブ6の上流部の圧力を任意に変更可能な構成となっている。
図12は、この発明の実施の形態1及び後述する実施の形態2による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置に適用される電動ウェイストゲートバルブチュエータの構成を示す構成図である。図12に於いて、電動モータ(以下、単にモータと称する)91が配設されており、モータ91にはモータギア92が接続されている。モータギア92は、ネジ機構93と結合しており、ネジ機構93にはロッド94が接続されている。
モータギア92の回転に応じて、ネジ機構93が動作し、ロッド94が矢印で示す直線方向に動作する。ロッド94の先端部は、W/Gバルブ19に接続されており、ロッド94が矢印方向に動作することでW/Gバルブ19が開閉される。ロッド94の位置を計測するために位置センサ95が配設されている。
電動W/Gバルブアクチュエータ20は、ECU200からの指示によりモータ91に正又は負の駆動電流が供給される。モータ91に駆動電流が供給されることでモータ91が駆動され、モータギア92が回転する。モータギア92が回転することで、モータギア92に結合されたネジ機構93が回転し、ネジ機構93の内部にネジ結合されているロッド94が矢印で示す直線方向に動作し、W/Gバルブ19が開閉される。従って、ロッド94の直線方向の位置を検出する位置センサ95の出力は、W/Gバルブ開度を示す信号として使用されることができる。位置センサ95の出力よる情報は、ECU200へ送られ、内燃機関の制御に使用される。
電動W/Gバルブアクチュエータ20は前述のように構成されており、モータから直接W/Gバルブ19に作用するロッド94を操作する。W/Gバルブ19の開度を変更するロッド94がモータのギアと噛み合っており、モータへの駆動電流の供給を停止してもそのギアの噛み合いによりW/Gバルブ19の位置が変化しにくい。また、通常排気流によってW/Gバルブ19の位置が変化する場合でも、開き側に変化するように構成されている。従って、所望の位置にW/Gバルブ19の開度を設定して駆動電流の供給を停止とすることで、低消費電力化が可能となる。
図13は、図12に示すウェイストゲートバルブアクチュエータに於ける過給圧と排気流量の関係を示す特性図であり、W/Gバルブ19の開度と過給状態の関係を示していることにもなる。図13に於いて、縦軸は過給圧P2[kPa]、横軸は排気流量Qex[g/s]である。図中の直線は、それぞれW/Gバルブ開度0[%]、10[%]、20[%]、30[%]、40[%]、100[%]を示す。
排気流量Qexは排気側に流れる流量であり、下記式(1)により表される。
ここで、Qex:排気流量[g/s]
Qa:吸入空気流量[g/s]
AF:燃料と空気量の質量比
前述したように、過給を行うコンプレッサ2は、排気通路に配設された排気タービン4と連結されている。従って、過給されたスロットル上流圧力(過給圧P2)は、排気タービン4を通過する排気流量と比例関係にある。排気タービン4を通過する排気流量は、W/Gバルブ19によって調整されているため、[排気流量Qex−過給圧P2]の関係はW/Gバルブ19の開度によって変化する。
図13から明らかなように、排気流量Qexが低流量のとき、W/Gバルブ開度100[%]と40[%]の過給圧P2はほぼ同等となる。即ち、W/Gバルブ開度全開時と半開時では、ほぼ同等の過給状態と考えられる。従って、通常であればW/Gバルブ開度100[%]が要求される場合であっても、低流量であればW/Gバルブ開度を40[%]までの変化でも効果は同じである。この特性を利用することで、低流量要求時に、可能な限りW/Gバルブ開度を閉じ側に設定することで、過渡要求時のW/Gバルブを閉じる動作の遅れを少なくすることができる。
つまり、W/Gバルブの開度を100[%]から0[%]へ変化させるときの動作時間よりも、W/Gバルブの開度を40[%]から0[%]へ変化させるときの動作時間の方が少なくなるので、低流量要求時に、可能な限りW/Gバルブ開度を閉じ側、例えば開度を40[%]に設定することで、過渡要求時のW/Gバルブ19を閉じる動作の遅れを少なくすることができるということであり、従って、流量要求時において、W/Gバルブ19は、可能な限り閉じ側に設定することで要求に対して高応答を確保できる。
ECU200には、図1に示すようにスロットルバルブ上流圧センサ12、吸気管内圧センサ13、クランク角センサ17、吸気温を検出する吸気温センサ21、スロットルバルブ6の開度を検出するスロットルポジションセンサ22、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサ23、運転者のアクセル踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ24等からの信号が入力されている。ECU200は、これ等の入力に基づいて、内燃機関の回転速度や点火時期、燃料噴射量、エアバイパスバルブ11の動作、W/Gバルブ19の開度、電動W/Gバルブアクチュエータ20の動作、及びスロットルバルブ6の動作等の演算を行ない、その演算結果に基づいて内燃機関の制御を行なう。
次に、この発明の実施の形態1による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置の構成について説明する。図2は、この発明の実施の形態1による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置のブロック図である。図2に於いて、アクセルポジションセンサ24、クランク角センサ17、ECU200は、図1に於けるアクセルポジションセンサ24、クランク角センサ17、ECU200にそれぞれ相当している。ECU200は、図示していない各種I/F回路とマイクロコンピュータからなり、マイクロコンピュータは、アナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器、制御プログラムや制御定数を記憶しておくROM領域、プログラムを実行した際の変数を記憶しておくRAM領域等から構成
されている。
この発明の実施の形態1による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置は、ECU200に於けるマイクロコンピュータにより構成されており、W/Gバルブ目標開度算出部25と、内燃機関の回転数を演算する回転数演算部26と、目標過給圧算出部27と、W/Gバルブ開度判定部28と、電動W/Gバルブアクチュエータ20に動作指示を与える電動W/Gバルブアクチュエータ動作指示部29と、W/Gバルブアクチュエータ電流停止判定部30とを備えている。
先ず、回転数演算部26により、クランク角センサ17からの入力に基づいて内燃機関の回転数を演算し、その演算結果をアクセルポジションセンサ24からの入力と共に目標過給圧演算部27に入力する。目標過給圧演算部27は、入力された内燃機関の回転数とアクセル開度(アクセルポジションセンサから得られるアクセル踏み込み量)とに基づいて目標過給圧を演算する。目標過給圧演算部27による目標過給圧の演算は、マップに基づいて行われる。図4は、この発明の実施の形態1による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置に用いる目標過給圧のマップである。
図4に示すように、目標過給圧マップは、回転数とアクセル開度とのデータに基づいて目標過給圧が求められるように構成されている。図4に示す目標過給圧マップ内の目標過給圧データの単位は、例えば[kPa]である。求められた目標過給圧は、W/Gバルブ制御装置以外の内燃機関制御にも用いられる。
目標過給圧演算部27により求めた目標過給圧は、W/Gバルブ目標開度算出部25に入力される。W/Gバルブ目標開度算出部25は、回転数演算部26と目標過給圧算出部27との出力に基づいてW/Gバルブ目標開度を算出すると共に、過給が必要か否かを判定する。W/Gバルブ目標開度算出部25により算出されたW/Gバルブ目標開度の算出結果は、W/Gバルブ開度判定部28に入力される。
W/Gバルブ開度判定部28は、電動W/Gバルブアクチュエータから入力された現在のW/Gバルブ19の開度情報と、W/Gバルブ目標開度算出部25から入力されたW/Gバルブ目標開度とを比較し、両者の値が離れていれば、W/Gバルブ19の開度をW/Gバルブ目標開度に合致させるように電動W/Gバルブアクチュエータ20を駆動するための所定の駆動電流を設定し、電動W/Gバルブアクチュエータ動作指示部29へ前述の設定した所定の駆動電流値を指示する。
電動W/Gバルブアクチュエータ指示部29は、W/Gバルブ開度判定部28から指示された所定の電流をW/Gバルブアクチュエータ20へ供給し動作させる。通常、目標開度と実開度の偏差が駆動電流停止範囲となるまでフィードバック制御される。駆動電流停止範囲は、目標W/Gバルブ開度から求められる。
一方、W/Gバルブ目標開度算出部25による前述の過給要否の判定結果は、電動W/Gバルブアクチュエータ駆動電流停止判定部30へ入力される。W/Gバルブ19の目標開度と実開度の偏差が駆動電流停止範囲となった後、電動W/Gバルブアクチュエータ駆動電流停止判定部30は、過給必要条件を判定し、過給不要であれば駆動電流の供給を停止する。通常、電動W/Gバルブアクチュエータ20には前述の制御とは関係なく、制御不感帯が設けられ、目標開度と実開度の偏差が不感帯以下となったとき、駆動電流の供給は停止されるように構成されているが、前述の電動W/Gバルブアクチュエータ駆動電流停止判定部30による制御は、不感帯よりも開き側の検出範囲が広く設定されており、より早いタイミングで駆動電流の供給を停止することを目的とする。
図2による前述の処理は、例えば10[ms]周期で実施される。
次に、この発明の内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置の動作を、フローチャートを用いて説明する。図3は、この発明の実施の形態1による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置の動作を示すフローチャートであって、目標過給圧を算出し電動W/Gバルブアクチュエータを動作させてW/Gバルブ開度を制御する処理を示し、例えば、10[ms]毎の割り込み処理等で行われる。
まず、ステップS101にて、内燃機関回転数とアクセル開度から目標過給圧Ptを算出する。内燃機関回転数はクランク角センサ17から求められ、アクセル開度はアクセルポジションセンサ24から求められる。目標過給圧Ptの算出は、例えば前述の図4に示すようなアクセル開度−内燃機関回転数マップを予め用意しておき、内燃機関回転数とアクセル開度とから目標過給圧Ptを求める。例えば内燃機関回転数が2000[r/min]、アクセル開度50[%]であれば、図4のマップから目標過給圧Pt=140[kPa]が得られる。尚、目標過給圧は別の方法で求めても良い。
次に、ステップS102にて、目標過給圧Ptと内燃機関回転数から目標W/Gバルブ開度を算出する。図5は、この発明の実施の形態1による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置に用いる目標ウェイストゲートバルブ開度のマップである。例えば図5に示すような目標過給圧と内燃機関回転数とに基づいて目標ウェイストゲートバルブ開度を求めるマップを予め用意しておき、このマップから目標W/Gバルブ開度を求める。例えば内燃機関回転数が2000[r/min]、目標過給圧が140[kPa]であれば、図5のマップから目標W/Gバルブ開度10[%]が得られる。目標過給圧から目標W/Gバルブ開度を求めることで、現在の計測データではなく、目標となる運転状態を想定し制御することが可能となる。
次に、ステップS103にて過給が不要かどうか判断する。例えば、図5に示しているように、目標過給圧が100[kPa]であれば、各回転数に対する目標W/Gバルブ開度はW/Gバルブ全開と同等の効果を有するので、W/Gバルブを閉じることによる過給の必要はないと判定する。同様に、目標過給圧120[kPa]に於ける回転数2000[rpm]〜6000[rpm]に対する各目標W/Gバルブ開度20[%]〜50[%]、目標過給圧140[kPa]に於ける回転数3000[rpm]〜6000[rpm]に対する各目標W/Gバルブ開度25[%]〜50[%]、目標過給圧160[kPa]に於ける回転数5000[rpm]〜6000[rpm]に対する各目標W/Gバルブ開度40[%]〜50[%]は、W/Gバルブ全開と同等の効果を有するので、W/Gバルブを閉じることによる過給の必要はないと判定する。つまり、図5に於いて、太い実線より上側の欄内(網掛けした欄内)に目標W/Gバルブ開度が存在すれば、過給の必要はないと判断する。
このようにして回転数と目標W/G開度から過給が不要かどうか判断する。図5に示している通り過給が不要であったとしても、閉じ側にW/Gバルブ開度を設定することで、過渡要求時におけるW/Gバルブの変化時間を低減することができる。
ステップS103での判定の結果、過給が不要と判断されれば(Yes)、ステップS104へ進み、過給フラグFk=0とし、過給が必要と判断されれば(N)、ステップS105へ進み、過給フラグFk=1とする。
次に、ステップS106に進み、目標W/Gバルブ開度に応じて、電動W/Gバルブアクチュエータを作動させる。
次のステップS107では、[目標W/Gバルブ開度−K1>実W/Gバルブ開度]か否かを判断する。ここで、K1は駆動電流停止判定オフセット量である。図6は、この発明の実施の形態1による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置に於ける、駆動電流停止オフセット値のテーブルである。図6に示したテーブルに示すように、目標W/Gバルブ開度に対応してオフセット量[%]が設定されている。例えば、目標W/Gバルブ開度が10[%]であれば、オフセット量は2[%]に設定される。駆動電流停止判定オフセット量を目標W/Gバルブ開度に応じて設定することで、目標W/Gバルブ開度が小さい場合でも適当な値を設定することができる。図6に示すテーブルは、この発明による駆動電流停止判定オフセット値算出手段を構成する。
尚、この実施の形態1では駆動電流停止判定オフセット量の設定にテーブルを用いたが、他の方法であってもよい。
ステップS107での判定の結果、[目標W/Gバルブ開度−K1>実W/Gバルブ開度]であれば、ステップS108へ進み、そうでなければステップS106に戻る。
ステップS108に進むと、[過給フラグFk=0]であるか否かを判断する。[過給フラグFk=0]であれば(Yes)ステップS109へ進み、[過給フラグFk=0]でなければ(No)処理終了となり、スタートに戻る。このようにして、目標W/Gバルブ開度となるまでW/Gバルブアクチュエータはフィードバック制御される。
ステップS109で電動W/Gバルブアクチュエータの駆動電流の供給を停止して処理終了となる。
図7は、この発明の実施の形態1による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置に於ける、目標W/Gバルブ開度と電動W/Gバルブアクチュエータの駆動電流の動きを示す波形図であって、(a)はW/Gバルブの開度変化を示し縦軸はW/Gバルブ開度(上方向が閉じ側、下方向が開き側)、横軸は時間である。図7の(b)は、電動W/Gバルブアクチュエータの駆動電流の波形図であって、縦軸は駆動電流、横軸は時間を示す。
図7の(a)に於いて、実線はW/Gバルブ開度、破線は目標開度、一点鎖線は電流停止判定線、点線は制御不感帯、即ち目標開度に対し、不感帯以内の実開度であれば電流を流さない帯域である。一点鎖線で示す電流停止判定線は、制御不感帯に対し大きい範囲で設定する。点線で示す不感帯に対する制御は、この実施の形態1で示したW/Gバルブ制御とは別の制御で実施する。
図7に示すように、W/Gバルブ開度は電動W/Gバルブアクチュエータの駆動電流に応じて変化する。駆動電流は、W/Gバルブ開度と目標W/Gバルブ開度の偏差が大きいと大きくなり、偏差が小さくなると小さくなる。電動W/Gバルブアクチュエータは、正側の電流が流れることで閉じ側に動作し、負側の電流が流れることで開き側に動作する。図7の(a)では、時刻t1では破線で示す目標W/G開度と実線で示すW/Gバルブの実開度との偏差が大きい。従って、図7の(b)に示すように、電動W/Gバルブアクチュエータの駆動電流は時刻t1から正側に大きくなり、W/Gバルブは閉じ側に駆動される。
W/Gバルブが閉じ側に駆動されることにより、目標W/Gバルブ開度とW/Gバルブの実開度との偏差が小さくなると、電動W/Gバルブアクチュエータの駆動電流も小さくなり、そして図7の(b)に示すように、駆動電流が正側及び負側に微調整される。W/Gバルブの開度は図7の(a)に示す電流停止判定範囲内に存在する時刻t2に於いて電流停止範囲が判定され、電動W/Gバルブアクチュエータへの駆動電流が停止されて低電力化が実行される。
より具体的に述べれば、過給機を備えた内燃機関で、W/Gバルブが全開状態と過給状態が変化しないW/Gバルブ開度とを計測してマップ化しておき、目標過給圧に応じて目標W/Gバルブ開度を設定する。要求トルクが低く、目標W/Gバルブ開度が全開状態と比較して過給状態が変化しないW/Gバルブ開度となった場合に、W/Gバルブの実開度が目標W/Gバルブ開度付近になった時点で電動W/Gバルブアクチュエータの駆動電流の供給を停止とする。このように、W/Gバルブ全開位置よりも閉じ側にW/Gバルブの実開度が設定されることで、過渡要求がきた場合でも高い応答性が確保でき、電動W/Gバルブアクチュエータの駆動電流の供給を停止することで、消費電力の低減を図ることができる。
加えて、目標W/Gバルブ開度と駆動電流停止判定のためのW/Gバルブの実開度との偏差を大きく設定すれば、駆動電流の供給を停止する時間が長くなり、より消費電力を低下することができる。
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置について説明する。この実施の形態2によるネイ年機関のウェイストゲートバルブ制御装置は、実施の形態1の場合と同様に、図1に示した内燃機関で実施される。図8は、この発明の実施の形態2による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置のブロック図である。図8に示すこの発明の実施の形態2による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置は、実施の形態1で説明した図2のブロック図に於ける目標過給圧算出部27を要求トルク算出部31に変更したものである。その他の構成は図2に示す実施の形態1の場合と同様である。
図8に於いて、要求トルク算出部31は、入力されたアクセルポジションセンサ24の出力と回転数演算部26の出力とに基づいて要求トルクを算出する。要求トルク算出部31による要求トルクの算出は、マップに基づいて行なわれる。図10は、この発明の実施の形態2による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置に用いる要求トルクのマップである。図10に示す通り、回転数とアクセル開度(アクセルポジションセンサから得られるアクセル踏み込み量)のマップになっており、両データから要求トルクが求められる。マップ内のデータの単位は、例えば[N・m]である。求められた要求トルクは、W/Gバルブ制御装置以外の内燃機関制御にも用いられる。
前述のようにして求められた要求トルクは、目標W/Gバルブ開度算出部28に入力され、W/Gバルブの目標開度が算出される。目標W/Gバルブ開度算出部28は、目標開度の算出と同時に、過給が必要か否かの判定を行なう。W/Gバルブの目標開度算出結果は、W/Gバルブ開度判定部25に入力され、現在のW/Gバルブの開度情報と目標開度が離れていれば所定の駆動電流を設定し、電動W/Gバルブアクチュエータ指示部29へ指示を出す。前述の過給要否の判定結果の情報は、電動W/Gバルブアクチュエータ駆動電流停止判定部30へ入力される。その後の動作は、前述の実施の形態1の場合と同様であるので説明を省略する。これ等の処理は、例えば10[ms]周期で実施される。
次に、この発明の実施の形態2による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置の動作についてフローチャートに沿って説明する。図9は、この発明の実施の形態2による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置の動作を示すフローチャートである。図9に示すフローチャートは、要求トルクを算出しW/Gバルブアクチュエータ20を動作させ、W/Gバルブ19の開度を制御する処理であり、例えば、10[ms]毎の割り込み処理等で行われる。
図9に於いて、先ず、ステップS201に於いて、内燃機関回転数とアクセル開度から要求トルクTtを求める。内燃機関回転数はクランク角センサ17の出力から求められ、アクセル開度はアクセルポジションセンサ24の出力から求められる。要求トルクTtは、前述の図10に示すようなマップを予め用意しておき、このマップからアクセル開度と内燃機関回転数とに基づいて要求トルクを求める。例えば、内燃機関回転数が2000[r/min]、アクセル開度50[%]であれば、図10のマップから要求トルクTt=25[N・m]が得られる。尚、要求トルクTtは別の方法で求めても良い。
次にステップS202にて、要求トルクTtと内燃機関回転数から目標W/Gバルブ開度を算出する。この目標W/Gバルブ開度の算出は、例えばマップにより行なう、図11は、この発明の実施の形態2による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置に用いる目標ウェイストゲートバルブ開度のマップである。図11に示すマップは、要求トルクと内燃機関回転数とから目標W/Gバルブ開度を求めるように構成したマップである。例えば、内燃機関回転数が2000[r/min]、要求トルクが20[N・m]であれば、図11のマップから目標W/Gバルブ開度=20[%]が得られる。尚、目標W/Gバルブ開度は別の方法で求めても良い。
次に、ステップS203にて過給が不要かどうか判断する。例えば、図11に示しているように、要求トルクが10〜40[N・m]であれば、各回転数に対する目標W/Gバルブ開度はW/Gバルブ全開と同等の効果を有するので、W/Gバルブを閉じることによる過給の必要はないと判定する。同様に、要求トルク50[N・m]に於ける回転数2000[rpm]〜6000[rpm]に対する各目標W/Gバルブ開度20[%]〜50[%]、要求トルク60[N/m]に於ける回転数3000[rpm]〜6000[rpm]に対する各目標W/Gバルブ開度25[%]〜50[%]、要求トルク70[N/m]に於ける回転数5000[rpm]〜6000[rpm]に対する各目標W/Gバルブ開度40[%]〜50[%]は、W/Gバルブ全開と同等の効果を有するので、W/Gバルブを閉じることによる過給の必要はないと判定する。つまり、図11に於いて、太い実線より上側の欄内(網掛けした欄内)に目標W/Gバルブ開度が存在すれば、過給の必要はないと判断する。
このようにして回転数と要求トルクから過給が不要かどうか判断する。図11に示している通り過給が不要であったとしても、閉じ側にW/Gバルブ開度を設定することで、過渡要求時におけるW/Gバルブの変化時間を低減することができる。
ステップS203での判定の結果、過給が不要と判断されれば(Yes)、ステップS204へ進み、過給フラグFk=0とし、過給が必要と判断されれば(N)、ステップS205へ進み、過給フラグFk=1とする。
ステップS206からステップS209までの動作は、実施の形態1に於ける図3のステップS106からステップS109までの動作と同様であるため、説明は省略する。
以上述べた、この発明の実施の形態2による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置では、他の制御での使用が容易な要求トルクから目標W/Gバルブ開度を設定することで、目標過給圧といった新たなパラメータを使用することなく、過渡要求がきた場合でも高い応答性が確保でき、電動W/Gバルブアクチュエータの駆動電流の供給を停止することで、消費電力の低減を図ることができる。
なお、この発明は、その発明の範囲内に於いて、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
1 エアクリーナー 2 コンプレッサ
3 タービン軸 4 タービン
5 インタークーラー 6 スロットルバルブ
7 サージタンク 8 インジェクタ
9 吸気バルブ 10 燃焼室
11 エアバイパスバルブ 12 スロットルバルブ上流圧センサ
13 吸気管圧力センサ 14 点火プラグ
15 ピストン 16 クランク軸
17 クランク角センサ 18 排気バルブ
19 ウェイストゲートバルブ 20 ウェイストゲートバルブアクチュエータ
21 吸気温センサ 22 スロットルポジションセンサ
23 水温センサ 24 アクセルポジションセンサ
25 W/Gバルブアクチュエータ開度判定部
26 回転数演算部 27 目標過給圧算出部
28 W/Gバルブ目標開度算出部 29 電動W/Gバルブアクチュエータ動作指示部30 W/Gバルブアクチュエータ電流停止判定部
31 要求トルク算出部 91 モータ
92 モータギア 93 ネジ機構部
94 ロッド 95 位置センサ
100 内燃機関 200 ECU
この発明による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置は、
内燃機関の吸気路に設けられたスロットルバルブと、
前記内燃機関の排気路に設けられたタービンと、前記スロットルバルブの上流側に設けられ、前記タービンと一体に回転する圧縮機とを有する過給機と、
前記タービンを迂回するバイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブと、
モータと、前記モータによりギア結合を介して直線方向に駆動されるロッドとを備え、前記ロッドにより前記ウェイストゲートバルブを駆動することにより前記バイパス通路の流路断面積を変更するウェイストゲートバルブ駆動部と、
前記ウェイストゲートバルブ駆動部の可変量を検出する開度センサと、
前記内燃機関の回転数を検出する回転数センサと、
を備えた内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置であって、
前記内燃機関の運転状態に応じて、目標ウェイストゲートバルブ開度を設定し、
前記検出した前記内燃機関の回転数と前記設定した目標ウェイストゲートバルブ開度に応じて、前記内燃機関に対する過給が不要かどうか判定し、
前記過給が不要と判定した場合に、前記ウェイストゲートバルブが所望の開度となったとき前記ウェイストゲートバルブ駆動部に対する駆動電流を停止させる、
ことを特徴とするものである。
この発明による内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置によれば、内燃機関の運転状態に応じて、目標ウェイストゲートバルブ開度を設定し、検出した内燃機関の回転数と設定した目標ウェイストゲートバルブ開度に応じて、内燃機関に対する過給が不要かどうか判定し、過給が不要と判定した場合に、ウェイストゲートバルブが所望の開度となったときウェイストゲートバルブ駆動部に対する駆動電流を停止させるように構成されているので、過給不要と判断した際に、ウェイストゲートバルブを全開位置から全閉位置側に設定することで過渡要求時におけるウェイストゲートバルブの変化時間を低減し、更にウェイストゲートバルブ駆動部の駆動電流の供給を停止することで消費電力を低減することが可能となる。

Claims (4)

  1. 内燃機関の吸気路に設けられたスロットルバルブと、
    前記内燃機関の排気路に設けられたタービンと、前記スロットルバルブの上流側に設けられ、前記タービンと一体に回転する圧縮機とを有する過給機と、
    前記タービンを迂回するバイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブと、
    前記ウェイストゲートバルブを駆動することにより前記バイパス通路の流路断面積を変更するウェイストゲートバルブ駆動部と、
    前記ウェイストゲートバルブ駆動部の可変量を検出する開度センサと、
    前記内燃機関の回転数を検出する回転数センサと、
    を備えた内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置であって、
    前記内燃機関の運転状態に応じて、目標ウェイストゲートバルブ開度を設定し、
    前記検出した前記内燃機関の回転数と前記設定した目標ウェイストゲートバルブ開度に応じて、前記内燃機関に対する過給の要否を判定し、
    前記過給の必要がないと判定した場合に、前記ウェイストゲートバルブが所望の開度となったとき前記ウェイストゲートバルブ駆動部に対する駆動電流を停止させる、
    ことを特徴とする内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置。
  2. 前記内燃機関のアクセル開度を検出するアクセル開度検出部と、
    前記内燃機関の回転数と前記アクセル開度から目標過給圧を算出する目標過給圧算出部と、
    を備え、
    前記検出した回転数と前記算出した目標過給圧に応じて、前記目標ウェイストゲートバルブ開度を設定する、
    ことを特徴とする請求項1に記載のウェイストゲートバルブ制御装置。
  3. 前記内燃機関のアクセル開度を検出するアクセル開度検出部と、
    前記内燃機関の回転数と前記アクセル開度から前記内燃機関の要求トルクを算出する要求トルク算出部と、
    を備え、
    前記検出した回転数と前記算出した要求トルクに応じて、前記目標ウェイストゲートバルブ開度を設定する、
    ことを特徴とする請求項1に記載のウェイストゲートバルブ制御装置。
  4. 駆動電流停止判定オフセット値算出手段を備え、
    前記設定された目標ウェイストゲートバルブ開度に応じて駆動電流停止判定のオフセット値が変更される、
    ことを特徴とする請求項1乃至3のうちの何れか一項に記載のウェイストゲートバルブ制御装置。
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