JP2014163320A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ターボ過給機が付帯した内燃機関のサージングを防止しつつ、運転者の意思にそぐわない空走感を抑制する。
【解決手段】アクセルペダルの踏込量の減少の速度が所定以上である場合に、吸気通路に設けられた吸気絞り用のバルブの開度を速やかにある開度Ａ₀まで絞り、その後アクセルペダルの踏込量に応じた開度Ａ₁まで徐々に閉じてゆく。そして、吸気絞り用のバルブの開度を徐々に閉じてゆく期間において、内燃機関から回転駆動力の伝達を受けて稼働する補機による負荷を、当該期間前と比較して増大させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気ターボ過給機が付帯した内燃機関、及び内燃機関から回転駆動力の伝達を受けて稼働する補機を制御する制御装置に関する。

気筒から排出される排気ガスの持つエネルギを利用して排気タービン（タービンホイール）を回転させ、その回転をコンプレッサのインペラ（コンプレッサホイール）に伝達して吸入空気を加圧圧縮（過給）し気筒へと送り込む排気ターボ過給機が周知である。

排気ターボ過給機が付帯した内燃機関において、運転者がアクセルペダルから急に足を離したことに起因してスロットルバルブが急閉されると、吸気慣性及びコンプレッサの回転慣性により、吸気通路におけるスロットルバルブの上流側の圧力が急上昇する。結果、圧力反射で過給気がコンプレッサに向けて逆流するサージングが発生し、排気ターボ過給機からサージ音（脈動音）が放たれる。また、排気ターボ過給機の破損を引き起こすおそれも否定できない。

そこで、従来より、吸気通路におけるコンプレッサの下流側と上流側とを接続するバイパスを配設し、このバイパス上にダイヤフラム式のＡＢＶ（Ａｉｒ Ｂｙｐａｓｓ Ｖａｌｖｅ）を設けて、サージングの防止を図っている（例えば、下記特許文献を参照）。スロットルバルブが急閉され、その上流側の圧力が増大した暁には、ＡＢＶを開放してコンプレッサの上流側と下流側とを連通せしめ、以て過給気のコンプレッサへの流入を抑制する。

近時の内燃機関では、その吸気通路に、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）から制御信号を入力して自在に開閉することのできる電子スロットルバルブを実装していることが少なくない。電子スロットルバルブの開度は、運転者によるアクセルペダルの踏込量に依拠せずに決定することが可能である。つまり、運転者がアクセルペダルから急に足を離したとしても、電子スロットルバルブを急閉しないように制御すれば、ＡＢＶによらず上述のサージングを回避できる。

しかしながら、運転者によるアクセルペダルの操作に反してスロットルバルブを緩やかに閉じることになるため、その分だけエンジン回転数及び車速の低下が遅れ、運転者の意思にそぐわない空走感をもたらすことがあった。

特開平１１−２６４３２１号公報

本発明は、排気ターボ過給機が付帯した内燃機関のサージングを防止しつつ、運転者の意思にそぐわない空走感を抑制することを所期の目的としている。

本発明では、排気ターボ過給機が付帯した内燃機関、及び内燃機関から回転駆動力の伝達を受けて稼働する補機を制御するものであって、アクセルペダルの踏込量の減少の速度が所定以上である場合に、吸気通路に設けられた吸気絞り用のバルブの開度を速やかにある開度まで絞り、その後アクセルペダルの踏込量に応じた開度まで徐々に閉じてゆくとともに、前記吸気絞り用のバルブの開度を徐々に閉じてゆく期間において、前記補機による負荷を当該期間前と比較して増大させることを特徴とする制御装置を構成した。

本発明によれば、排気ターボ過給機が付帯した内燃機関のサージングを防止しながら、運転者の意思にそぐわない空走感を抑制することができる。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関の全体構成を示す図。 同実施形態の制御装置が実行する制御の内容を示すタイミング図。 同実施形態の制御装置が実行する処理の手順例を示すフロー図。 車両に実装された各種の外部負荷を制御するための電気回路を示す図。

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の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒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、排気ターボ過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３５、吸気絞り用のバルブである電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒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、排気ターボ過給機５の排気タービン（タービンホイール）５２及び排気浄化用の三元触媒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バルブ４４を設けてある。ウェイストゲートバルブ４４は、アクチュエータに制御信号ｍを入力することで開閉操作することが可能な電動ウェイストゲートである。

排気ターボ過給機５は、排気タービン５２とコンプレッサのインペラ（コンプレッサホイール）５１とをシャフト５３を介して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、タービン５２及びインペラ５１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。

車両には、複数の外部負荷が付随する。外部負荷の具体例として、エアコンディショナの冷媒圧縮用のコンプレッサ、発電機６３、そして各種の電気負荷、例えばエアコンディショナの送風用ブロワ、リアガラスの曇りを取るデフォッガ、オーディオ機器、カーナビゲーションシステム、照明灯（ヘッドランプ、テールランプ、フォグランプ、ウィンカ（ターンシグナルランプ）等）、内燃機関の冷却水を空冷するラジエータのファン、電動パワーステアリング装置等を挙げることができる。

コンプレッサは、内燃機関のクランクシャフトからエンジントルクの伝達を受けて回転駆動され、冷媒を圧縮する。図４に示すように、コンプレッサとクランクシャフトとの間には、断接切換可能なマグネットクラッチ６１が介在している。エアコンディショナを稼働するときには、このマグネットクラッチ６１に車載バッテリ６２及び／または発電機６３からの電流を通電し、マグネットクラッチ６１を締結する。逆に、エアコンディショナを稼働しないときには、マグネットクラッチ６１に通電せず、クラッチ６１を切断する。マグネットクラッチ６１への通電及びその遮断は、リレースイッチ６４のＯＮ／ＯＦＦによって行う。

送風用ブロワを回転駆動するモータ６６や、デフォッガとしてリアガラスに敷設された電熱線ヒータ６８は、バッテリ６２及び／または発電機６３から電力供給を受けて作動する。モータ６６やヒータ６８への通電及びその遮断は、リレースイッチ６７のＯＮ／ＯＦＦ、または半導体スイッチング素子（パワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ等に代表されるパワーデバイス）６９の点弧／消弧によって行う。

オーディオ機器、カーナビゲーションシステム、照明灯、ラジエータファンを回転駆動するモータその他の電気負荷についても、上記と同様である。

電気負荷への電力供給の源である発電機（オルタネータまたはモータジェネレータ）６３は、内燃機関のクランクシャフトからエンジントルクの伝達を受けて回転駆動され、発電を行う。発電機６３は、ベルト及びプーリを要素とする巻掛伝動機構等を介してクランクシャフトに接続している。発電機６３は、回生発電を実施することがある。即ち、運転者がアクセルペダルを踏んでおらず、車両の加速を要求していない（減速を容認している）場合において、クランクシャフト及び車軸の回転のエネルギを電気エネルギに変換して回収しつつ、内燃機関及び車両を減速させる。

発電機６３が発電し出力する電圧の大きさは、レギュレータ６５を介して制御することができる。レギュレータ６５は、発電機６３に付帯するＩＣ式の既知のもので、発電機６３のフィールドコイルへの通電をＯＮ／ＯＦＦ切り替えするスイッチング動作を行う。

発電機６３の出力電圧、即ち発電機６３のステータコイルに誘起される電圧は、フィールドコイルを流れるフィールド電流のＤＵＴＹ比であるｆＤＵＴＹに比例して大きくなる。レギュレータ６５は、ＥＣＵ０からオルタネータの出力電圧を指令する信号ｒを受け付け、その指令された出力電圧を実現するようにｆＤＵＴＹを調節するＰＷＭ制御を行う。このＰＷＭ制御により、発電機６３の発電する電力を増減させることができる。発電機６３による発電量、換言すればバッテリ６２への充電量及び／または電気負荷への給電量は、ｆＤＵＴＹが高いほど増加し、ｆＤＵＴＹが低いほど減少する。

発電機６３の出力電圧がバッテリ６２の電圧を超越するとき、バッテリ６２が充電され、かつ発電機６３から電気負荷に電力が供給される。つまり、発電機６３がクランクシャフトの回転のエネルギを費やして電気エネルギを生成する仕事をする。バッテリ６２への充電量及び電気負荷への給電量は、発電機６３の出力電圧とバッテリ電圧との電位差に依存する。

逆に、発電機６３の出力電圧がバッテリ電圧に満たないか、バッテリ電圧に近いときには、バッテリ６２が充電されず、また発電機６３から電気負荷に電力が供給されない（バッテリ６２から電気負荷に電力供給されることはある）。つまり、発電機６３がクランクシャフトの回転のエネルギを費やす仕事をしないか、またはその仕事が小さくなる。

要するに、ＥＣＵ０からレギュレータ６５に高い出力電圧を指令すると、エンジン回転に対する発電機６３の機械負荷が増し、低い出力電圧を指令すると、エンジン回転に対する発電機６３の機械負荷が減る。

本実施形態の制御装置たるＥＣＵ０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、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、バッテリ６２の充電状態を示唆する指標（バッテリ電流及び／またはバッテリ電圧）を検出するセンサから出力されるバッテリ状態信号ｈ、エアコンディショナや各種電気負荷のそれぞれについて、これを作動させるべきか否かに関する作動要求信号ｎ等が入力される。作動要求信号ｎは、エアコンディショナや各種電気負荷を作動させることを望む運転者または搭乗者が手動操作する、エアコンディショナまたは電気負荷毎の操作スイッチ（または、コントロールパネル）から発される信号であったり、オートエアコンシステムを司るオートエアコンＥＣＵ等から発される信号であったりする。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ウェイストゲートバルブ４４に対して開度操作信号ｍ、マグネットクラッチ６１に通電する電気回路上のスイッチ６４に対してクラッチ締結信号ｏ、モータ６６やヒータ６８その他の電気負荷に通電する電気回路上のスイッチ６７、６９に対してスイッチＯＮ信号ｐ、ｑ、発電機６３が発電する電圧を制御する電圧レギュレータ６５に対して電圧指示信号ｒ等を出力する。

ＥＣＵ０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、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、エアコンディショナのコンプレッサのＯＮ／ＯＦＦ、ブロワのＯＮ／ＯＦＦ、デフォッガのＯＮ／ＯＦＦ、その他各種電気負荷のＯＮ／ＯＦＦ、発電機６３の出力電圧（発電量）等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｍ、ｏ、ｐ、ｑ、ｒを出力インタフェースを介して印加する。

本実施形態のＥＣＵ０は、運転者が踏み込んでいたアクセルペダルから急に足を離す等により、アクセルペダルの踏込量が急減少した場合において、その踏込量の減少に沿って単純にスロットルバルブ３２を閉弁しない。代わりに、図２に示すように、アクセルペダルの踏込量が急減少した時点ｔ₀で、スロットルバルブ３２を速やかにある開度Ａ₀まで絞り、その後、時点ｔ₀におけるアクセルペダルの踏込量に対応した最終開度Ａ₁まで徐々に閉じてゆくように操作することで、過給気がコンプレッサ５１に向けて逆流するサージングを防止する。

その上で、時点ｔ₀から時点ｔ₁までの期間、即ちスロットルバルブ３２を徐々に閉じてゆく期間において、内燃機関に対する補機の負荷を増大させる。これにより、時点ｔ₀にてスロットルバルブ３２の開度を開度Ａ₁まで急閉した状況と同程度の減速度を実現し、車両の空走感を抑制してドライバビリティを高く保つ。

補機の負荷を増大させるにあたっては、例えば、発電機６３の出力電圧を高めて発電量を増大させ、及び／または、マグネットクラッチ６１を締結し若しくはこれを締結する時間の割合を長くして冷媒圧縮用コンプレッサの稼働量を増大させる。

図３に、ＥＣＵ０がプログラムに従い実行する処理の手順例を示す。ＥＣＵ０は、アクセルペダルの踏込量を恒常的に監視しており、その踏込量が単位時間あたり所定量以上減少したときに（ステップＳ１）、アクセルペダルの踏込量が急減したものとして、スロットルバルブ３２の開度をＡ₀まで急速に閉じる（ステップＳ２）。さらにその後、スロットルバルブ３２の開度をＡ₁まで徐々に閉じてゆく（ステップＳ３）とともに、補機の負荷を一時的に増大させる（ステップＳ４）制御を実施する。スロットルバルブ３２の開度がＡ₁まで絞られたならば（ステップＳ５）、増大させていた補機の負荷を元の大きさに戻す（ステップＳ６）。

開度Ａ₀、開度Ａ₁、時点ｔ₀から時点ｔ₁までの期間の長さ（換言すれば、開度Ａ₀から開度Ａ₁までスロットルバルブ３２を閉じてゆくときの速度）、並びに当該期間における補機の負荷の増大量はそれぞれ、運転者によるアクセルペダルの踏み込みがどのように緩められたかに応じて可変とすることができる。急減したアクセルペダルの踏込量の時点ｔ₀における値が小さいほど、最終開度Ａ₁を小さくすることは言うまでもないが、時点ｔ₀に至るアクセルペダルの踏込量の減少量及び／またはその減少の速度が大きいほど、つまりはサージングのおそれが高いほど、開度Ａ₀から開度Ａ₁までの差分を大きくし、時点ｔ₀から時点ｔ₁までの期間の長さを長くし、当該期間における補機の負荷の増大量を多くすることが考えられる。

本実施形態では、排気ターボ過給機５が付帯した内燃機関、及び内燃機関から回転駆動力の伝達を受けて稼働する補機を制御するものであって、アクセルペダルの踏込量の減少の速度が所定以上である場合に、吸気通路３に設けられた吸気絞り用のバルブ３２の開度を速やかにある開度Ａ₀まで絞り、その後アクセルペダルの踏込量に応じた開度Ａ₁まで徐々に閉じてゆくとともに、前記吸気絞り用のバルブ３２の開度を徐々に閉じてゆく時点ｔ₀から時点ｔ₁までの期間において、前記補機による負荷を当該期間前と比較して増大させることを特徴とする制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、内燃機関のサージングを防止しながら、運転者の意思にそぐわない空走感を抑制することができる。さらには、サージングを防ぐ役割を担うＡＢＶを廃することが可能となるため、コストの削減にも寄与し得る。

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。例えば、上記実施形態では、電子スロットルバルブ３２が吸気絞り用のバルブであったが、アイドルスピードコントロールバルブを実装している内燃機関においては、このアイドルスピードコントロールバルブを吸気絞り用のバルブとして、その開度を制御してもよい。周知の通り、アイドルスピードコントロールバルブは、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の上流側と下流側とを連通するバイパスを開閉する流量制御バルブである。

補機であるエアコンディショナの冷媒圧縮用コンプレッサが可変容量コンプレッサである場合には、このコンプレッサの容量の調節を通じて、補機の負荷を増大させることができる。

その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、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内燃機関及び補機の制御に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
３…吸気通路
３２…スロットルバルブ
５…排気ターボ過給機
６１…補機（冷媒圧縮コンプレッサ）駆動用のマグネットクラッチ
６３…補機（発電機）

Claims (1)

1. 排気ターボ過給機が付帯した内燃機関、及び内燃機関から回転駆動力の伝達を受けて稼働する補機を制御するものであって、
   アクセルペダルの踏込量の減少の速度が所定以上である場合に、
   吸気通路に設けられた吸気絞り用のバルブの開度を速やかにある開度まで絞り、その後アクセルペダルの踏込量に応じた開度まで徐々に閉じてゆくとともに、
   前記吸気絞り用のバルブの開度を徐々に閉じてゆく期間において、前記補機による負荷を当該期間前と比較して増大させる
   ことを特徴とする制御装置。

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