JP2017008898A

JP2017008898A - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP2017008898A
Application number: JP2015128226A
Authority: JP
Inventors: 久保田　充彦; Michihiko Kubota; 充彦久保田; 惇貴木原; Junki Kihara; 哲男榎本; Tetsuo Enomoto; 宏之竹中; Hiroyuki Takenaka; 林　達也; Tatsuya Hayashi; 林　　達也
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2015-06-26
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2035-06-26
Also published as: JP6477290B2

Abstract

【課題】有段変速機の変速時にトルクダウン制御として点火時期リタードを行うものにおいて、排気温度上昇に伴うターボ過給機の過回転を抑制する。【解決手段】時間ｔ１に変速機のシフトアップ要求と判定したら、点火時期リタードの開始に対応するように、遅れ時間を与えた時間ｔ２においてウェストゲートバルブの開度増加補正を開始する。増加補正量は、点火時期リタード量に応じて設定される。これにより、排気のバイパス量が増加し、ターボ過給機の過回転が抑制される。【選択図】図９

Description

この発明は、ターボ過給機を備えた内燃機関の制御装置に関する。

自動もしくは手動の有段変速機が火花点火式内燃機関と組み合わされてなる車両の駆動系において、変速機の変速時とりわけシフトアップ時に点火時期を一時的にリタードさせてトルク段差の発生を抑制する技術が、いわゆるトルクダウン制御として知られている。

特許文献１には、内燃機関がターボ過給機や機械式過給機等の過給機を備えている場合に、トルクダウンのために、変速時の点火時期リタードに加えて、吸気通路の過給機下流に設けたリリーフバルブの開放によって過給圧の一部を放出することが開示されている。

特開平３−６１６５１号公報

ターボ過給機を備えた内燃機関の場合、有段変速機の変速時のトルクダウンのために点火時期リタードを行うと、排気温度ならびに排気圧力が上昇し、ターボ過給機の回転数が一時的に上昇して所定回転数を越えた過回転状態となることがある。

上記特許文献１の技術では、ターボ過給機の一時的な回転数の上昇に伴う過給圧の上昇は抑制できるものの、ターボ過給機の過回転そのものは回避することができない。

この発明は、火花点火式内燃機関と、ウェストゲートバルブを有するターボ過給機と、有段変速機と、を備え、上記変速機の変速時に上記内燃機関の点火時期のリタードを行う内燃機関の制御装置であって、
上記点火時期のリタード時に上記ウェストゲートバルブの開度を増加補正する、ことを特徴としている。

従って、点火時期リタードにより排気温度や排気圧力が上昇したときに、ウェストゲートバルブを介して排気の一部がタービンをバイパスして流れ、ターボ過給機の回転数上昇が抑制される。

この発明によれば、変速時の点火時期リタードの際に、ターボ過給機が過回転となることを防止でき、過回転によるターボ過給機の劣化等を抑制できる。また、ターボ過給機の一時的な回転数上昇に伴う過給圧上昇ひいては車両のトルクショックを抑制することができる。

この発明に係るターボ過給機付内燃機関のシステム構成を示す構成説明図。実施例の制御の流れを示すフローチャート。目標圧力比マップの特性例を示す特性図。目標ウェストゲートバルブ開度マップの特性例を示す特性図。ウェストゲートバルブ補正開始時期マップの特性例を示す特性図。点火時期リタード量マップの特性例を示す特性図。ウェストゲートバルブ増加補正量マップの特性例を示す特性図。ウェストゲートバルブ補正終了時期マップの特性例を示す特性図。変速時の各部の動作を示すタイムチャート。

図１は、この発明の一実施例のシステム構成を示す構成説明図である。図示せぬ車両に搭載されている内燃機関１は、ターボ過給機２を備えた火花点火式ガソリン機関であって、燃焼室の天井壁面に一対の吸気弁３および一対の排気弁４が配置されているとともに、これらの吸気弁３および排気弁４に囲まれた中央部に点火プラグ５が配置されている。

上記吸気弁３によって開閉される吸気ポート６には、吸気弁３へ向かって燃料を噴射する燃料噴射弁７が各気筒毎に配置されている。また、吸気ポート６に接続された吸気通路８のコレクタ部８ａ上流側に、エンジンコントローラ１０からの制御信号によって開度が制御される電子制御型スロットルバルブ９が介装されており、このスロットルバルブ９よりも上流側に、ターボ過給機２のコンプレッサ２Ａが配置されている。吸入空気量を検出するエアフロメータ１１は、吸気通路８の上記コンプレッサ２Ａのさらに上流側に配置されており、吸気通路８の上流端には、エアクリーナ１２が設けられている。また、吸気通路８のコンプレッサ２Ａとスロットルバルブ９との間には、過給により高温となった吸気の冷却を行うインタークーラ１３が設けられている。

一方、排気ポート１４に接続された排気通路１５には、ターボ過給機２のタービン２Ｂが配置されており、このタービン２Ｂの下流側に三元触媒からなる触媒装置１６が介装されている。上記タービン２Ｂは、排気流が接線方向に流入しかつ軸方向に沿って流出するラジアルタービンであって、過給圧制御のために、排気の一部をタービン２Ｂをバイパスして案内するようにバイパス通路１７が設けられており、このバイパス通路１７にウェストゲートバルブ１８を備えている。このウェストゲートバルブ１８は、バイパス通路１７を開閉する弁体１８ａと、この弁体１８ａの開度を制御する電動アクチュエータ１８ｂと、から構成されている。

上記内燃機関１は、図示せぬトルクコンバータおよび有段の自動変速機（符号２１のブロックでもって模式的に示す）と組み合わされて車両に搭載されており、この変速機２１および図示せぬ終減速装置を介して車両の駆動輪を駆動している。上記変速機２１は、油圧を介した複数の摩擦締結要素の掛け替えによって、複数の変速段の間での変速を行う一般的な有段自動変速機である。なお、本発明においては、トルクコンバータを用いずに電磁アクチュエータによってクラッチの断接ならびに変速操作を行う機械的な有段変速機であってもよく、さらには、運転者の操作によって変速する手動変速機であってもよい。

上記エンジンコントローラ１０には、上記のエアフロメータ１１のほか、機関回転速度（回転数）ＮＥを検出するためのクランク角センサ２２、冷却水温ＴＷを検出する水温センサ２３、運転者により操作されるアクセルペダルの踏込量（つまりアクセル開度ＡＰＯ）を検出するアクセル開度センサ２４、車速Ｖを検出する車速センサ２５、等の種々のセンサ類が接続されており、これらの検出信号が入力されている。また、上記の自動変速機２１の変速比制御等を行うＡＴコントローラ２６が、車内ネットワーク２７を介してエンジンコントローラ１０に接続されており、両者間で必要な情報・信号の授受を行っている。本発明に関しては、少なくとも現在の変速段の情報や変速要求に関する情報がＡＴコントローラ２６からエンジンコントローラ１０へ与えられる。

エンジンコントローラ１０は、上記の種々の検出信号に基づき、燃料噴射弁７による燃料噴射の燃料噴射量および噴射時期、点火プラグ５による点火の点火時期、スロットルバルブ９の開度、ウェストゲートバルブ１８の開度、等を最適に制御している。そして、後述するように、自動変速機２１の変速時（特にシフトアップ時）には、トルク段差の抑制のために点火時期リタードによるトルクダウン制御を実行し、かつこれに合わせて、ターボ過給機２の過回転を抑制するためのウェストゲートバルブ１８の開度増加補正を行う。

図２のフローチャートは、上記エンジンコントローラ１０が実行するウェストゲートバルブ１８の開度制御を示している。ステップ１では、ターボ過給機２の目標圧力比ＴＧＰＲＥを演算する。この目標圧力比は、コンプレッサ２Ａの圧力比の目標値である。図３に示すように、目標圧力比ＴＧＰＲＥは、内燃機関１の回転速度ＮＥと運転者による要求トルクＤＴＱとをパラメータとする所定の目標圧力比マップを用いて設定される。なお、要求トルクＤＴＱは、基本的にアクセル開度ＡＰＯに基づいて求められる。

ステップ２では、目標ウェストゲートバルブ開度ＴＧＷＧを演算する。図４に示すように、目標ウェストゲートバルブ開度ＴＧＷＧは、目標圧力比ＴＧＰＲＥと機関回転速度ＮＥとをパラメータとする所定の目標ウェストゲートバルブ開度マップを用いて設定される。基本的に、目標圧力比ＴＧＰＲＥが高いほど目標ウェストゲートバルブ開度ＴＧＷＧは小さくなる。

ステップ３では、自動変速機２１のシフトアップが行われるか否かを判定する。これは、ＡＴコントローラ２６からエンジンコントローラ１０へ与えられる変速信号に基づいて行う。より詳しくは、現在の変速段ＣＧＵＲと変速後の目標とする変速段ＮＧＵＲとの比較からシフトアップを判定する。シフトアップの要求がなければ、ステップ１，２を繰り返し実行することとなり、そのときの目標ウェストゲートバルブ開度ＴＧＷＧに沿って電動アクチュエータ１８ｂを介してウェストゲートバルブ１８の開度が制御される。

ステップ３で自動変速機２１がシフトアップすると判定したときは、ステップ３からステップ４へ進み、ウェストゲートバルブ補正開始時期ＷＧＯＰＥＮＴを演算する。このウェストゲートバルブ補正開始時期ＷＧＯＰＥＮＴは、シフトアップ（つまり変速要求有り）と判定してからウェストゲートバルブ１８の開度増加補正を開始するまでの遅れ時間に相当するものであり、自動変速機２１での摩擦締結要素の掛け替えに必要な時間や、この掛け替えに伴うトルク段差発生時期に合わせて実行される点火時期リタードの開始時期、さらには電動アクチュエータ１８ｂによるウェストゲートバルブ１８の開度変化の遅れ、等を考慮して最適となるように設定される。具体的には、図５に示すように、機関回転速度ＮＥと要求トルクＤＴＱとをパラメータとするウェストゲートバルブ補正開始時期マップが、予め変速段毎に設けられており、そのときの（つまり変速前の）変速段ＣＧＵＲに対応したマップに基づいてウェストゲートバルブ補正開始時期ＷＧＯＰＥＮＴが求められる。基本的に、要求トルクＤＴＱが大きいほどウェストゲートバルブ補正開始時期ＷＧＯＰＥＮＴが早いタイミングとなる。

ステップ５では、基本となる目標ウェストゲートバルブ開度ＴＧＷＧに上乗せすべきウェストゲートバルブ増加補正量ＷＧＯＰを演算する。このウェストゲートバルブ増加補正量ＷＧＯＰは、図７に示すように、機関回転速度ＮＥと点火時期リタード量ＡＤＶＲとをパラメータとする所定のウェストゲートバルブ増加補正量マップを用いて設定される。基本的に、点火時期リタード量ＡＤＶＲが大きいほどウェストゲートバルブ増加補正量ＷＧＯＰは大となる。

ここで、点火時期リタード量ＡＤＶＲは、点火時期制御に関する図示せぬ他のルーチンによって演算される。これは、変速によって生じるトルク段差を相殺するだけのトルクダウンを実現するように最適に設定される。具体的には、図６に示すように、機関回転速度ＮＥと要求トルクＤＴＱとをパラメータとする点火時期リタード量マップが、予め変速段毎に設けられており、そのときの（つまり変速前の）変速段ＣＧＵＲに対応したマップに基づいて点火時期リタード量ＡＤＶＲが求められる。基本的に、要求トルクＤＴＱが大きいほど点火時期リタード量ＡＤＶＲは大となる。

ステップ６では、ウェストゲートバルブ１８の開度増加補正を終了するタイミングを示すウェストゲートバルブ補正終了時期ＷＧＣＬＯＳＥＴＭを演算する。これは、ウェストゲートバルブ１８の開度増加補正を開始してから同開度増加補正を終了するまでの時間に相当するものであり、図８に示すように、機関回転速度ＮＥと点火時期リタード量ＡＤＶＲとをパラメータとする所定のウェストゲートバルブ補正終了時期マップを用いて設定される。基本的に、点火時期リタード量ＡＤＶＲが大きいほどウェストゲートバルブ補正終了時期ＷＧＣＬＯＳＥＴＭが遅いタイミングとなる。つまり、点火時期リタード量ＡＤＶＲが大きいほど開度増加補正を行う時間が長く与えられる。

従って、自動変速機２１のシフトアップ時には、ウェストゲートバルブ１８の開度は、以上のステップ４〜６でそれぞれ求められた、ウェストゲートバルブ補正開始時期ＷＧＯＰＥＮＴ、ウェストゲートバルブ増加補正量ＷＧＯＰ、ウェストゲートバルブ補正終了時期ＷＧＣＬＯＳＥＴＭ、に基づいて、その開度が増加補正される。これにより、点火時期リタードに伴うターボ過給機２の一時的な回転数上昇やトルク上昇を抑制できる。特に、点火時期リタード量ＡＤＶＲに応じてウェストゲートバルブ増加補正量ＷＧＯＰが設定されるので、点火時期リタードに伴う排気温度ならびに排気圧力の上昇に適切に対応することができる。

図９は、上記実施例におけるシフトアップ時のタイムチャートを示している。図の（ａ）は、ステップ３のシフトアップ判定を示しており、時間ｔ１においてシフトアップ要求有りと判定されると、（ｂ）に示すように、時間ｔ２においてウェストゲートバルブ補正開始フラグがＯＮとなる。時間ｔ１から時間ｔ２までの遅れ時間がウェストゲートバルブ補正開始時期ＷＧＯＰＥＮＴである。

一方、点火時期リタード量ＡＤＶＲは、（ｃ）に示すようにそのときの変速段や運転条件に応じて設定されるので、これに対応して、（ｄ）に示すように、ウェストゲートバルブ増加補正量ＷＧＯＰが求められる。

また図の（ｅ）は、ウェストゲートバルブ補正終了時期ＷＧＣＬＯＳＥＴＭに基づく補正終了判定を示しており、時間ｔ３において補正終了フラグがＯＮとなる。なお、時間ｔ２から時間ｔ３までの経過時間がウェストゲートバルブ補正終了時期ＷＧＣＬＯＳＥＴＭに相当する。

従って、最終的なウェストゲートバルブ１８の目標開度は、（ｆ）に示すように、基本となる目標ウェストゲートバルブ開度ＴＧＷＧに、（ｄ）に示す増加補正量ＷＧＯＰを上乗せしたものとなる。つまり、点火時期リタードの開始と実質的に同時にウェストゲートバルブ１８の目標開度が増加して排気のバイパス量が増加し、点火時期リタードの終了後、詳しくはウェストゲートバルブ補正終了時期ＷＧＣＬＯＳＥＴＭ経過時点で、再び通常の目標ウェストゲートバルブ開度ＴＧＷＧに復帰する。なお、ウェストゲートバルブ補正終了時期ＷＧＣＬＯＳＥＴＭは、前述したように点火時期リタード量ＡＤＶＲに応じて設定されるが、図の（ｃ），（ｆ）から明らかなように、排気ガスの遅れ等を考慮して点火時期リタードの終了時点よりも適宜に遅れた時期に開度増加補正が終了するように設定されている。

１…内燃機関
２…ターボ過給機
１０…エンジンコントローラ
１８…ウェストゲートバルブ
２１…自動変速機
２６…ＡＴコントローラ

Claims

火花点火式内燃機関と、ウェストゲートバルブを有するターボ過給機と、有段変速機と、を備え、上記変速機の変速時に上記内燃機関の点火時期のリタードを行う内燃機関の制御装置であって、
上記点火時期のリタード時に上記ウェストゲートバルブの開度を増加補正する、ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
上記変速機の変速要求に対し、遅れ時間を与えて上記ウェストゲートバルブの開度増加を開始する、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
変速時の運転条件から定まる点火時期リタード量に応じて、上記ウェストゲートバルブの開度増加補正量を設定する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
変速時の運転条件から定まる点火時期リタード量に応じて、上記ウェストゲートバルブの開度増加補正を行う期間を設定する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
上記ウェストゲートバルブの基本開度が内燃機関の回転速度と要求トルクとから設定され、上記点火時期のリタード時に、この基本開度に増加補正量が付加される、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
上記の変速がシフトアップである、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。