JP2017122393A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】過給運転中における加速変速時に、過給圧を迅速に低下させることができることで、燃焼効率を向上させることができ、また、加速変速後に過給圧を迅速に上昇させることができることで、加速応答性を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】過給運転中における自動変速機4の加速変速時に、内燃機関3のトルクを減少させるトルクダウン制御を実行するための第1及び第2トルク抑制手段を備え、第1トルク抑制手段は、点火時期の遅角方向への制御を実行する点火時期リタード制御手段と、スロットル弁13の開度の閉方向への制御を実行するスロットル弁閉方向制御手段との少なくとも一方を有し、第2トルク抑制手段は、過給機11のコンプレッサ11a又はタービン11bに連結され、連結されたコンプレッサ11a又はタービン11bの回転エネルギを回生する回生デバイス11dを有している。【選択図】図1

Description

本発明は、過給機を有するとともに有段の自動変速機に接続された内燃機関の制御装置に関する。
従来、この種の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献1に記載されたものが知られている。この内燃機関の吸気通路及び排気通路にはそれぞれ、過給機のコンプレッサ及びタービンが回転自在に設けられるとともに、これらのコンプレッサとタービンが回転軸を介して連結されている。これにより、排気通路に排出された排ガスによってタービンが回転駆動されることにより、これと一体にコンプレッサが回転し、吸入空気を加圧する過給動作が実行される。また、上記の内燃機関には、吸気通路及び排気通路の一方に、コンプレッサ又はタービンをバイパスするバイパス通路が設けられ、このバイパス通路には、その通路を開閉する制御弁が設けられている。そして、その制御弁の開閉を制御することによって、吸気通路のコンプレッサの下流側の過給圧が制御されるようになっている。
また、一般に、有段の自動変速機が接続された内燃機関では、その変速機で加速変速(シフトアップ)が行われる場合、変速機の入力側である内燃機関の回転数を、変速後の変速段のギヤ比に応じた回転数に合わせるように低下させるとともに、変速ショックを低減するために、点火時期をリタードすることなどによって、トルクを一時的に減少させるトルクダウン制御が行われる。このようなトルクダウン制御を実行するために、上述した従来の制御装置では、内燃機関の過給運転中におけるシフトアップ時に、制御弁を開方向に駆動制御することによって、過給圧を低下させている。また、シフトアップ後には、制御弁を閉方向に駆動制御することによって、一旦低下した過給圧を上昇させている。
特開2015−94288号公報
しかし、上記の制御装置では、シフトアップの開始時に制御弁を開方向に駆動しても、過給圧を低下させるのに時間を要してしまう。このため、トルクダウン制御の実行中に、トルクを減少させるのに時間がかかり、点火時期のリタードを比較的長い時間、継続しなければならないことがある。この場合には、内燃機関の燃焼効率が悪化してしまう。また、一旦低下した過給圧を再度、上昇させるのにも時間を要するため、シフトアップ後の加速要求に迅速に応答することができないという問題もある。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、過給運転中における加速変速時に、過給圧を迅速に低下させることができることにより、燃焼効率を向上させることができ、また、加速変速後に過給圧を迅速に上昇させることができることにより、加速応答性を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、請求項1に係る発明は、過給機(実施形態における(以下、本項において同じ)電動ターボチャージャ11)を有するとともに有段の自動変速機(変速機4)に接続された内燃機関3の制御装置であって、過給運転中における自動変速機の加速変速時に、内燃機関3のトルクを減少させるトルクダウン制御を実行するための第1及び第2トルク抑制手段(ECU2)を備え、第1トルク抑制手段は、点火時期の遅角方向への制御を実行する点火時期リタード制御手段(ECU2)と、スロットル弁13の開度の閉方向への制御を実行するスロットル弁閉方向制御手段(ECU2)との少なくとも一方を有し、第2トルク抑制手段は、過給機のコンプレッサ11a又はタービン11bに連結され、連結されたコンプレッサ11a又はタービン11bの回転エネルギを回生する回生デバイス(モータ11d)を有していることを特徴とする。
この構成によれば、過給運転中における有段自動変速機の加速変速時に、第1及び第2トルク抑制手段によって、内燃機関のトルクを減少させるトルクダウン制御が実行される。このトルクダウン制御を実行するのは、自動変速機の加速変速時に、内燃機関の回転数を変速後の変速段のギヤ比に応じた回転数に合わせるように低下させるとともに、変速ショックを低減するためである。
上記の第1トルク抑制手段は、点火時期リタード制御手段及びスロットル弁閉方向制御手段の少なくとも一方を有していて、前者は点火時期を遅角方向へ制御することで、後者はスロットル弁の開度を閉方向に制御することで、内燃機関のトルクを減少させる。また、第2トルク抑制手段は、過給機のコンプレッサ又はタービンに連結された回生デバイスを有しており、この回生デバイスにより、それが連結されたコンプレッサ又はタービンの回転エネルギが回生される。この場合、コンプレッサには、回生デバイスによって直接、又は回生デバイスが連結されたタービンを介して、回転抵抗が作用し、それにより、コンプレッサの回転が抑制される。なお、過給機を有する内燃機関には一般に、過給圧を調整するための装置(例えばウェイストゲート)が設けられている。したがって、そのような装置による過給圧の低下制御に加えて、回生デバイスによる回生制御により、過給圧を従来に比べて迅速に低下させることができる。
以上のように、第1及び第2トルク抑制手段により、トルクダウン制御を適切に実行することができる。特に、第1トルク抑制手段として点火時期リタード制御手段を用いる場合には、第2トルク抑制手段の回生デバイスによる過給圧の迅速な低下によって、点火時期のリタードが従来に比べて短時間ですみ、それにより、内燃機関の燃焼効率を向上させることができる。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、過給機は、電動機(モータ11d)によってコンプレッサ11aを回転駆動する電動過給機(電動ターボチャージャ)で構成されており、回生デバイスは、回生機能を有する電動機(モータ11d)であることを特徴とする。
この構成によれば、過給機が、電動機によってコンプレッサを回転駆動する電動過給機で構成され、この電動過給機の電動機が回生機能を有していて、第2トルク抑制手段の回生デバイスとして機能する。これにより、タービンの回転に伴って回転するコンプレッサを、電動機によっても回転させることができ、加えて、電動機の回生機能によって発生した電気エネルギを、バッテリに充電することが可能になる。
請求項3に係る発明は、請求項2に記載の内燃機関の制御装置において、自動変速機(変速機4)の加速変速後に、電動機(モータ11d)がコンプレッサ11aを回転駆動することにより、コンプレッサ11aによる過給をアシストすることを特徴とする。
この構成によれば、自動変速機の加速変速後に、電動過給機の電動機によってコンプレッサを回転駆動することにより、コンプレッサによる過給をアシストするので、過給圧を迅速に上昇させることができ、それにより、加速応答性を向上させることができる。
本発明の制御装置を適用した内燃機関の構成を概略的に示す図である。 制御装置の概略構成を示すブロック図である。 回生・アシスト処理を示すフローチャートである。 回生・アシスト処理によって得られる動作例を示すタイミングチャートである。
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態による制御装置1を適用した内燃機関を概略的に示し、図2は、制御装置1の概略構成を示している。この内燃機関(以下「エンジン」という)3は、例えば4つの気筒3aを有する直列4気筒エンジンであり、その動作は、ECU2によって制御される。エンジン3は、車両(図示せず)に搭載されており、出力軸であるクランクシャフト3bを介して、変速機4に接続されている。また、エンジン3には、気筒3aごとに燃料噴射弁3c及び点火プラグ3dが設けられており、燃料噴射弁3cの燃料噴射量及び点火プラグ3dの点火時期は、ECU2によって制御される。
各気筒3aには、吸気マニホルド5aを介して、吸気通路5が接続されるとともに、排気マニホルド6aを介して、排気通路6が接続されている。吸気通路5には、上流側から順に、電動ターボチャージャ11(過給機、電動過給機)のコンプレッサ11a、過給圧センサ21、インタークーラ12及びスロットル弁13が配置されている。
コンプレッサ11aは、排気通路6に配置された電動ターボチャージャ11のタービン11bに、回転軸11cを介して機械的に連結されるとともに、モータ11d(第2トルク抑制手段、回生デバイス、電動機)に連結されている。このコンプレッサ11aは、排気通路6を流れる排ガスによりタービン11bが回転駆動されるのに伴い、これと一体に回転することによって、空気(新気)を過給する過給動作を行う。また、バッテリ(図示せず)からの給電によってモータ11dが作動することにより、コンプレッサ11aが回転駆動され、それにより、タービン11bの回転によるコンプレッサ11aの過給動作に加えて、その過給動作をアシストするようになっている。さらに、上記のモータ11dは、コンプレッサ11aの回転エネルギを回生し、電気エネルギに変換する回生機能を有している。そして、この変換された電気エネルギは、バッテリに充電されるようになっている。
過給圧センサ21は、吸気通路5のコンプレッサ11aの下流側の圧力を、過給圧TBPとして検出し、その検出信号をECU2に出力する。インタークーラ12は、コンプレッサ11aの過給動作によって昇温した空気を冷却する。スロットル弁13は、吸気通路5内に回動自在に設けられたバタフライ弁で構成されている。このスロットル弁13の開度は、ECU2からの制御信号に応じ、THアクチュエータ13aを介して制御され、それにより、スロットル弁13を通過する空気の量が制御される。
排気通路6には、電動ターボチャージャ11のタービン11bを迂回するバイパス通路6bが設けられ、このバイパス通路6bにウェイストゲート14が設けられている。このウェイストゲート14は、開閉自在のウェイストゲート弁14aを有しており、その開度が、ECU2からの制御信号に応じ、WGアクチュエータ14bを介して制御され、それにより、タービン11b側への排ガスの流量が調整されることによって、過給圧TBPが制御される。
また、スロットル弁開度THOは、スロットル弁開度センサ22によって検出され、その検出信号はECU2に出力される。さらに、エンジン3には、クランク角センサ23が設けられている。クランク角センサ23は、クランクシャフト3bの回転に伴い、パルス信号であるCRK信号を、所定のクランク角ごとにECU2に出力する。ECU2は、このCRK信号に基づき、エンジン3の回転数(以下「エンジン回転数」という)NEを算出する。また、ECU2には、アクセル開度センサ24から、車両のアクセルペダル(図示せず)の踏み込み量(以下「アクセル開度」という)APを表す検出信号が、車速センサ25から車速VPを表す検出信号が、それぞれ出力される。
エンジン3に接続された変速機4は、デュアルクラッチタイプの有段の自動変速機であり、エンジン3の動力の2つの入力系統を2つのクラッチで切り替えながら、複数の変速段から1つの変速段を設定するように構成されている。これらのクラッチの切替及び変速段の設定を含む変速機4の動作は、ECU2によって制御される。
また、変速機4の機構上、その変速中に、入力側のエンジン回転数NEを、変速後の変速段のギヤ比に応じた回転数に合わせることが必要である。このため、ECU2の制御により、加速変速(シフトアップ)時には、エンジン3のトルクを減少させるためのトルクダウン制御が実行される一方、減速変速(シフトダウン)時には、エンジン3のトルクを増大させるトルクアップ制御が実行される。また、変速機4には、現在設定されている実変速段SHTACTを検出する変速段センサ26が設けられており、その検出信号は、ECU2に出力される。
ECU2は、CPU、RAM、ROM及びI/Oインターフェース(いずれも図示せず)などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ECU2は、前述した各種のセンサ21〜26の検出信号などに応じて、エンジン3、変速機4及び電動ターボチャージャ11の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じ、ROMに記憶されているプログラムに従って、エンジン3、変速機4及び電動ターボチャージャ11を対象とする各種の制御処理を実行する。なお、本実施形態では、ECU2が、本発明の第1トルク抑制手段、点火時期リタード制御手段及びスロットル弁閉方向制御手段に相当する。
図3は、ECU2によって実行される電動ターボチャージャ11の回生・アシスト処理を示している。この回生・アシスト処理は、エンジン3の過給運転中において、変速機4による加速変速(シフトアップ)が行われる際に、電動ターボチャージャ11のモータ11dによる回生を行うとともに、シフトアップ後に、モータ11dでコンプレッサ11aを回転駆動することによって、過給動作のアシストを行うものである。なお、本処理は、所定の周期で繰り返し実行される。
本処理ではまず、ステップ1(「S1」と図示。以下同じ)において、変速実行フラグF_SHTCHGが「1」であるか否かを判別する。この変速実行フラグF_SHTCHGは、エンジン回転数NE、アクセル開度AP、車速VP及び実変速段SHTACTなどに応じ、変速機4の現在の変速段である実変速段SHTACTを、他の変速段に変更すべきときに、変速を実行すべきであるとして、「1」がセットされる。ステップ1の判別結果がNOのときには、変速する必要がないとして、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ1の判別結果がYESのときには、ステップ2に進み、過給圧低下要求フラグF_TBPDWNが「1」であるか否かを判別する。
この過給圧低下要求フラグF_TBPDWNは、変速機4によるシフトアップ時に、エンジン3のトルクを減少させるトルクダウン制御を実行するために、過給圧TBPを低下すべきであるとして、「1」がセットされる。ステップ2の判別結果がYESのときには、電動ターボチャージャ11のモータ11dによる回生を実行する(ステップ3)とともに、ウェイストゲート14を全開に制御する(ステップ4)。
上記のように、ウェイストゲート14が全開に制御されることにより、排気通路6に排出された排ガスの大部分がバイパス通路6bに流れ、タービン11b側に流れる排ガスが低減される。これにより、タービン11bと一体に回転するコンプレッサ11aの回転が低下することで、過給圧TBPも低下する。加えて、コンプレッサ11aの回転エネルギが、電動ターボチャージャ11のモータ11dによって回生され、それによって発生した電気エネルギがバッテリに充電される。この場合、コンプレッサ11aには、モータ11dによる回転抵抗が作用し、それにより、コンプレッサ11aの回転が抑制される。以上のようなウェイストゲート14の全開制御及びモータ11dによる回生実行により、過給圧TBPを迅速に低下させることができる。
次いで、ステップ5において、回生電流EREGが所定値EREGREF以下であるか否かを判別する。この所定値EREGREFは、例えばモータ11dの回生による充電が不能になるときの電流値が設定されている。したがって、ステップ5の判別結果がNOで、EREG>EREGREFのときには、本処理をそのまま終了し、モータ11dによる回生が継続される。一方、ステップ5の判別結果がYESのときには、モータ11dの回生による充電が不能であるとして、回生を終了する(ステップ6)とともに、過給圧低下要求フラグF_TBPDWNを「0」にリセットし(ステップ7)、本処理を終了する。そして、このステップ7の実行により、前記ステップ2の判別結果がNOになる。この場合、ステップ8に進み、過給圧上昇要求フラグF_TBPUPが「1」であるか否かを判別する。
この過給圧上昇要求フラグF_TBPUPは、変速機4によるシフトアップ後に、アクセルペダルが踏み込まれることによる加速要求により、過給圧TBPを上昇すべきであるときに、「1」がセットされる。ステップ8の判別結果がNOのときには、本処理をそのまま終了する一方、判別結果がYESのときには、電動ターボチャージャ11のモータ11dによって、過給動作のアシストを実行する(ステップ9)とともに、ウェイストゲート14を全閉に制御する(ステップ10)。
上記のように、ウェイストゲート14が全閉に制御されることにより、排気通路6に排出された全ての排ガスが、タービン11b側に流れる。これにより、タービン11bと一体に回転するコンプレッサ11aの回転が上昇することで、過給圧TBPも上昇する。加えて、モータ11dでコンプレッサ11aが回転駆動されることにより、過給動作がアシストされる。以上のようなウェイストゲート14の全閉制御及びモータ11dによるアシスト実行により、過給圧TBPを迅速に上昇させることができる。
次いで、ステップ11において、過給圧TBPが所定値TBPREF以上であるか否かを判別する。この所定値TBPREFは、例えばコンプレッサ11aの回転による十分な過給圧TBPが得られるときの値が設定されている。したがって、ステップ11の判別結果がNOで、TBP<TBPREFのときには、本処理をそのまま終了し、モータ11dによるアシストが継続される。一方、ステップ11の判別結果がYESのときには、過給圧TBPが十分な値に達したとして、モータ11dによるアシストを終了する(ステップ12)とともに、変速実行フラグF_SHTCHGを「0」にリセットし(ステップ13)、本処理を終了する。なお、このステップ13の実行により、前記ステップ1の判別結果がNOになるので、この回生・アシスト処理では、その後、シフトアップされるまでは、電動ターボチャージャ11のモータ11dによる回生及びアシストは実行されない。
次に、図4を参照しながら、上述した回生・アシスト処理によって得られる動作例について説明する。本例では、エンジン3の過給運転中に、変速機4によるシフトアップが行われた例である。同図(a)に示すように、過給圧の目標値(以下「目標過給圧」という)は、変速機4のシフトアップの開始時である時刻t1で、低圧側に変更される。その後、シフトアップの終了時である時刻t2で、高圧側の元の値に戻される。この場合、実施例の過給圧TBPは、上記の目標過給圧になるように、電動ターボチャージャ11及びウェイストゲート14が制御される。
具体的には、図4(b)に示すように、時刻t1で、電動ターボチャージャ11のモータ11dによる回生が実行される(ステップ3)とともに、ウェイストゲート14が全開制御される(ステップ4)。これにより、図4(a)に示すように、実施例では、過給圧TBPが急激に立ち下がり、低圧側の目標過給圧に迅速に制御される。またこの場合、図4(c)に示すように、点火時期が、遅角方向に一時的に制御される。
以上のようなモータ11dの回生による過給圧TBPの迅速な低下、及び点火時期のリタードにより、前述したトルクダウン制御が実行される。これにより、図4(d)に示すように、エンジン回転数NEが低下する(時刻t1〜t2)。
その後、シフトアップが終了し、図4(a)に示すように、目標過給圧が高圧側の元の値に戻されると(時刻t2)、電動ターボチャージャ11のモータ11dによるアシストが実行(ステップ9)されるとともに、ウェイストゲート14が全閉制御される(ステップ10)。これにより、図4(a)に示すように、実施例では、過給圧TBPが急激に立ち上がり、高圧側の目標過給圧に迅速に制御される。この場合、モータ11dによる過給動作のアシストは、過給圧TBPが目標過給圧に到達するまで、バッテリから一定の所定電力で行われ、過給圧TBPの目標過給圧への到達後(時刻t3以降)は、モータ11dへの電力供給を徐々に低減して、停止する。
以上のようなモータ11dのアシストによる過給圧TBPの迅速な上昇により、トルクダウン制御後のトルクアップ制御を迅速に行うことができる。これにより、図4(d)に示すように、シフトアップ後のエンジン回転数NEが迅速に上昇し(時刻t2以降)、それにより、加速応答性が向上する。
なお、図4(a)及び(c)には、従来例の過給圧及び点火時期を破線で示している。この従来例では、本実施形態の実施例と過給機のみが異なっており、すなわち、モータのない一般的なターボチャージャを備えている。従来例では、図4(a)に示すように、過給圧の立ち下がり及び立ち上がりが、実施例の過給圧TBPに比べて遅い。このため、従来例では、トルクダウン制御を行う場合、図4(c)に示すように、点火時期をリタードリミットで、実施例に比べて長い時間、継続してリタードする必要があり、そのため、燃焼効率が悪化する。
以上詳述したように、本実施形態によれば、過給運転中における変速機4のシフトアップ時に、点火時期をリタードするとともに、電動ターボチャージャ11のモータ11dによる回生により、エンジン3のトルクダウン制御を適切に実行することができる。また、モータ11dの回生により、過給圧TBPを迅速に低下させることができるので、トルクダウン制御の際に、点火時期のリタードが従来に比べて短時間ですみ、それにより、エンジン3の燃焼効率を向上させることができる。
また、上記の回生によって発生した電気エネルギをバッテリに充電することができる。さらに、シフトアップ後に、モータ11dによってコンプレッサ11aを回転駆動し、過給動作をアシストすることによって、一旦低下した過給圧TBPを迅速に上昇させることができ、それにより、加速応答性を向上させることができる。
なお、本発明は、説明した上記実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、トルクダウン制御を実行するための本発明の第1トルク抑制手段として、点火時期をリタードする場合のみを説明したが、本発明の第1トルク抑制手段はこれに限定されるものではなく、これとともに、またはこれに代えて、トルクダウン制御の実行時に、スロットル弁13の開度(スロットル弁開度THO)を、閉方向に制御するようにしてもよい。また、実施形態では、電動ターボチャージャ11において、モータ11dをコンプレッサ11aに連結したが、これに代えて、モータ11dをタービン11bに連結し、その回転エネルギを回生するようにしてもよい。
さらに、実施形態では、変速機4としてデュアルクラッチタイプのものを例示したが、有段の自動変速機であれば、他のタイプのものを採用することも可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、実施形態の細部の構成を適宜、変更することができる。
1 制御装置
2 ECU(第1トルク抑制手段、点火時期リタード制御手段、スロットル弁閉方向制御手段)
3 内燃機関
4 変速機
5 吸気通路
6 排気通路
11 電動ターボチャージャ(過給機、電動過給機)
11a コンプレッサ
11b タービン
11c 回転軸
11d モータ(第2トルク抑制手段、回生デバイス、電動機)
13 スロットル弁
14 ウェイストゲート
21 過給圧センサ
TBP 過給圧
THO スロットル弁開度
NE エンジン回転数
AP アクセル開度
VP 車速
SHTACT 実変速段
EREG 回生電流
F_SHTCHG 変速実行フラグ
F_TBPDWN 過給圧低下要求フラグ
F_TBPUP 過給圧上昇要求フラグ

Claims (3)

  1. 過給機を有するとともに有段の自動変速機に接続された内燃機関の制御装置であって、
    過給運転中における前記自動変速機の加速変速時に、前記内燃機関のトルクを減少させるトルクダウン制御を実行するための第1及び第2トルク抑制手段を備え、
    前記第1トルク抑制手段は、点火時期の遅角方向への制御を実行する点火時期リタード制御手段と、スロットル弁の開度の閉方向への制御を実行するスロットル弁閉方向制御手段との少なくとも一方を有し、
    前記第2トルク抑制手段は、前記過給機のコンプレッサ又はタービンに連結され、当該連結されたコンプレッサ又はタービンの回転エネルギを回生する回生デバイスを有していることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 前記過給機は、電動機によって前記コンプレッサを回転駆動する電動過給機で構成されており、
    前記回生デバイスは、回生機能を有する前記電動機であ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。
  3. 前記自動変速機の前記加速変速後に、前記電動機が前記コンプレッサを回転駆動することにより、当該コンプレッサによる過給をアシストすることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の制御装置。
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