JP2018145845A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御のための適合工数の増大化を抑制しつつ、スロットル弁の開度及び電動過給機による過給量の制御により、バイパス弁が閉弁側で固着した場合にも必要な吸入空気量を確保する。【解決手段】内燃機関の吸気通路には電動過給機が配置され、電動過給機をバイパスするバイパス通路が、吸気通路と並列に設置される。バイパス通路にはバイパス弁が配置され、吸気通路のバイパス通路との接続部より下流にはスロットル弁が配置される。制御装置は、バイパス弁が閉弁側で固着したことを検知した場合、スロットル弁の上流かつ電動過給機及びバイパス弁の下流の部分の吸気通路内の圧力が、バイパス弁が閉弁側で固着していない場合の圧力である目標圧力となるように、電動過給機を作動させるように構成されている。【選択図】図４

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。更に具体的には電動過給機を備える内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、ターボ過給機と電動過給機とが吸気通路に直列に配置されるとともに、電動過給機をバイパスするバイパス通路とバイパス弁とが配置された構成のシステムが開示されている。特許文献１のシステムは、バイパス弁の閉固着を検知すると、電動過給機を駆動させる。これによりバイパス弁の閉固着時にエンジンの駆動に必要な吸入空気量を確保する。

特開２００４−２３２５４１号公報 特開２００５−２２６５０１号公報 特開２００４−２９３４４２号公報

吸入空気量は、スロットル弁の上流の圧力によって変化する。従って、バイパス弁が固着した状況下での吸入空気量は、電動過給機とスロットル弁との両方の制御によって制御される必要がある。この点、特許文献１には、バイパス弁の閉固着時の電動過給機の稼動度合い等の具体的な制御は開示されていない。また、バイパス弁が固着した状況下で必要な吸入空気量を確保するための、電動過給機とスロットル弁との制御を設定するためには適合が別途必要となるが、適合工数の大幅な増大は、好ましいものではない。

本発明は、上記課題を解決することを目的とし、制御のための適合工数の増大化を抑制しつつ、スロットル弁の開度及び電動過給機による過給量の制御により、バイパス弁が閉弁側で固着した場合にも必要な吸入空気量を確保できるように改良された内燃機関の制御装置を提供するものである。

上記目的を達成するため、本発明は、内燃機関の制御装置であって、内燃機関の吸気通路に配置された電動過給機と、吸気通路に並列に配置されて電動過給機をバイパスするバイパス通路と、バイパス通路に配置されたバイパス弁と、吸気通路の、バイパス通路との接続部より下流に設置されたスロットル弁と、制御装置とを備える。制御装置は、バイパス弁とスロットル弁と電動過給機とを制御する。制御装置は、バイパス弁が閉弁側で固着したことを検知した場合、スロットル弁の上流かつ電動過給機及びバイパス弁の下流の部分の吸気通路内の圧力が、バイパス弁が閉弁側で固着していない場合の圧力である目標圧力となるように、電動過給機を作動させるように構成されている。

本実施の形態によれば、バイパス弁が閉弁側で固着した場合にも、スロットル弁の上流側の吸気通路内の圧力が、バイパス弁が正常である場合の吸気通路内の圧力と同程度となるように制御される。従って、バイパス弁が閉弁側で固着した場合にも、バイパス弁が正常である場合と同様の通常のスロットル弁の制御によって、必要な吸入空気量を確保することができる。従って、バイパス弁の閉弁側での固着時のスロットル弁の制御を別途必要としないため、適合工数の増大化を抑制することができる。

実施の形態１のシステムの全体構成を模式的に示す図である。 空気量とスロットル弁の上流側の圧力との関係について説明するための図である。 実施の形態１における空気量と電動コンプレッサの回転数との関係について説明するための図である。 実施の形態１の制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。 アクセル角とエンジン回転速度と目標インマニ圧について説明するための図である。 吸気マニホールド内の圧力とスロットル弁の開度との関係について説明するための図である。 実施の形態２の制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態の内燃機関の制御装置が適用されるシステムの全体構成を模式的に示す図である。図１のシステムは、内燃機関２を備えている。内燃機関２の各気筒の吸気ポートには、吸気マニホールド４を介して、吸気通路６が連通している。

吸気通路６の、吸気の流れの上流にはエアクリーナ８が設置され、エアクリーナ８の下流には、電動過給機１０の電動コンプレッサ１２が設置されている。電動コンプレッサ１２には電動コンプレッサ１２を稼動させるためのモータ１４が接続されている。図示を省略するが、モータ１４はバッテリが接続され、バッテリから電力が供給される。吸気通路６の電動コンプレッサ１２より下流には、インタークーラ１６が設置されている。インタークーラ１６の下流にはスロットル弁１８が設置されている。

吸気通路６に並行して、電動コンプレッサ１２とインタークーラ１６とをバイパスするバイパス通路２０が設置されている。バイパス通路２０の上流側端部は、吸気通路６のエアクリーナ８の下流かつ電動コンプレッサ１２の上流の部分に連通している。一方、バイパス通路２０の下流側端部は、吸気通路６のインタークーラ１６の下流かつスロットル弁１８の上流の部分に連通している。バイパス通路２０には、バイパス通路２０を開閉するバイパス弁２２が配置されている。

またエアクリーナ８の下流近傍には、吸気通路６を通過する空気量を計測するためのエアフロメータ３２が配置され、スロットル弁１８の上流かつ、電動コンプレッサ１２及びバイパス弁２２の下流には、スロットル弁１８の上流近傍の吸気圧を計測するための圧力センサ３４が設置されている。

上述したエアフロメータ３２及び圧力センサ３４を含む各種のセンサ及び各アクチュエータは、図示しない制御装置に電気的に接続されている。制御装置はＥＣＵ(Electronic Control Unit)である。制御装置は、内燃機関のシステム全体の制御を行うものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。ＲＯＭには、後述する制御を含む各種制御ルーチンが記憶されている。制御装置は、各センサからの信号に基づいて各アクチュエータを操作することによって内燃機関を制御する。

本実施の形態において制御装置は、電動過給機１０のモータ１４により電動コンプレッサ１２の駆動を制御する。制御装置は、運転領域が過給域にあるときに、所定のコンプレッサ回転数で電動コンプレッサ１２を駆動して吸入空気を過給し、運転領域が非過給域のとき、モータ１４への電力供給を停止して電動コンプレッサ１２を停止させる。同時に制御装置は、バイパス弁２２の開閉を制御する。運転領域が過給域にあるとき、バイパス弁２２を閉弁することで、吸気が、電動コンプレッサ１２が配置された吸気通路６の側を流れるように制御する。一方、運転領域が非過給域にあるとき、バイパス弁２２を開弁し、吸気が電動コンプレッサ１２をバイパスするバイパス通路２０の側を流れるように制御する。

更に、制御装置は、運転領域が非過給域にあるとき、バイパス弁閉弁固着、即ち、バイパス弁２２が閉弁側で固着していることを検出すると、吸入空気量を確保するべく、電動コンプレッサ１２を駆動させ、スロットル弁１８の近傍かつ上流の圧力（以下、「スロットル上流圧」とも称する）を調整する制御を実行する。その上で、バイパス弁２２が正常に開弁した場合と同様の通常の制御により、スロットル弁１８の開度を制御する。以下、電動コンプレッサ１２の駆動制御について説明する。

図２は、スロットル上流圧と空気量との関係を説明するための図である。図２において、曲線Ａはバイパス弁２２が正常に開弁している場合の例であり、曲線Ｂはバイパス弁閉弁固着時かつ電動コンプレッサ１２が停止している場合の例であり、曲線Ｃはバイパス弁閉弁固着時に電動コンプレッサ１２の駆動制御を実行した場合の例を示している。

バイパス弁閉弁固着が発生した場合、スロットル弁１８の上流の吸気抵抗が大きくなるために、同一空気量を流したときの圧力損失が大きくなる。従って、図２に示されるように、同一空気量を流した場合、スロットル上流圧は、バイパス弁閉弁固着時（曲線Ｂ参照）の方が、バイパス弁２２が正常に開弁している場合（曲線Ａ参照）よりも低くなる。

これに対して本実施の形態の制御では、バイパス弁閉弁固着時には、電動コンプレッサ１２の駆動制御により、吸気を過給することで、曲線Ｃに示されるように、スロットル上流圧を、バイパス弁２２が正常に開弁しているときと同じ程度にまで回復させる。

電動コンプレッサ１２に対する制御量は、モータ１４による電動コンプレッサ１２の回転数（以下「コンプレッサ回転数」とも称する）で設定する。図３は、本実施の形態における、空気量とコンプレッサ回転数との関係について説明するための図である。

上述したように、空気量が大きくなるほど、バイパス弁が正常の時のスロットル上流圧と、バイパス弁閉弁固着時のスロットル上流圧との乖離は大きくなり、バイパス弁閉弁固着時のスロットル上流圧の低下量は大きくなる。従って、空気量が大きい場合ほど、過給量を大きくする。即ち、コンプレッサ回転数は、空気量が大きい場合ほど、大きくなるように設定される。

なお具体的な空気量とコンプレッサ回転数（即ち、電動コンプレッサ１２の制御量）との関係は事前の実験等によって求められる。本実施の形態では求められた関係に基づき、空気量とコンプレッサ回転数との関係を定めたマップを作成し、制御装置に記憶しておく。

図４は、本実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図４のルーチンは、内燃機関の運転中、一定の制御間隔（例えば、16msecごと）で、繰り返し実行されるルーチンである。

図４のルーチンでは、まず、ステップＳ２において、空気量ｇａが計測される。空気量ｇａはエアフロメータ３２により計測される。次に、ステップＳ４において、目標インマニ圧ｐｉｍｔｇｔが算出される。目標インマニ圧ｐｉｍｔｇｔは、吸気マニホールド４内の吸気圧（即ち、インマニ圧）の目標値である。

図５は目標インマニ圧とアクセル角と回転速度との関係を説明する図である。目標インマニ圧は、図５に示されるように、アクセル角とエンジン回転速度に応じて決定される。本実施の形態では、図５に示されるようなアクセル角とエンジン回転速度と目標インマニ圧との具体的な関係を実験等により求め、事前にマップに定義して制御装置に記憶しておく。ステップＳ４では、このマップに従い、アクセル角と回転速度とに応じた目標インマニ圧Ｐｉｍｔｇｔが算出される。

次に、ステップＳ６において、目標インマニ圧ｐｉｍｔｇｔが基準値Ｐ０より小さいか否かが判別される。基準値Ｐ０は、バイパス弁２２の開弁中に空気量ｇａを吸入したときのインマニ圧であり、理論的にあるいは実験等により求められ、予め制御装置に記憶された値である。即ち、目標インマニ圧ｐｉｍｔｇｔが基準値Ｐ０を超えた場合に、過給が必要であると判断される。

ステップＳ６において、目標インマニ圧ｐｉｍｔｇｔが基準値Ｐ０より小さいと判別された場合、現在の運転領域は非過給域であると考えられる。従って、次に、ステップＳ８において、バイパス弁閉弁固着が発生しているか否かが判別される。

ステップＳ８において、バイパス弁閉弁固着が検出されると、次に、ステップＳ１０において、電動コンプレッサ１２の目標コンプレッサ回転数が算出される。目標コンプレッサ回転数は、ステップＳ２において計測された空気量ｇａに応じて、マップに従って算出される。

次に、ステップＳ１２において、スロットル弁１８の開度が、バイパス弁２２が正常である場合の通常の制御マップに従って算出される。次に、ステップＳ１４では、ステップＳ１０で算出された目標コンプレッサ回転数に応じて、モータ１４により電動コンプレッサ１２が制御される。その後、今回の処理は一旦終了する。

一方、ステップＳ８において、バイパス弁閉弁固着が検出されない場合、ステップＳ２０においてバイパス弁２２が開弁される。これにより電動コンプレッサ１２がバイパスされて、バイパス通路２０の側から吸気が導入される。

次に、Ｓ２２において、スロットル弁１８の開度が、バイパス弁２２が正常である場合の通常の制御マップに従って算出される。次に、ステップＳ２４において電動コンプレッサ１２が停止状態とされ、今回の処理は一旦終了する。

また、ステップＳ６において、目標インマニ圧ｐｉｍｔｇｔが基準値Ｐ０以上であると判別された場合、現在の運転領域は過給域にあると考えられる。従って、この場合、ステップＳ３０において、バイパス弁２２が閉弁されて、吸気は電動コンプレッサ１２の側を通過するように設定される。次に、ステップＳ３２においてスロットル弁１８が全開とされる。次に、ステップＳ３４において電動コンプレッサ１２がモータ１４により駆動状態とされ、今回の処理は一旦終了する。

以上説明したように、本実施の形態の制御によれば、バイパス弁２２が閉弁固着した場合にも、電動コンプレッサ１２の駆動により、スロットル上流圧が、バイパス弁２２が正常である場合と同じ程度となるように制御される。従って、スロットル弁１８の開度については、バイパス弁２２の正常、異常に関わらず、通常の制御によって制御することで、必要な吸入空気量を確保することができる。従って、バイパス弁閉弁固着時のスロットル弁１８の制御のための適合は不要であり、適合工数の増大を削減することができる。

なお、バイパス弁閉弁固着時の電動コンプレッサ１２の制御量を、事前に設定された空気量とコンプレッサ回転数のマップに従って算出されるものとして説明した。しかし、この制御に限らず、例えば、スロットル上流圧を圧力センサ３４により検出し、空気量に応じたスロットル上流圧の目標値（即ち、図２の曲線Ａである）に近づけるようにフィードバック制御を行うようにすることもできる。なお、この空気量に応じたスロットル上流圧の目標値は、予め制御装置に記憶しておく。これにより、例えば、バイパス弁２２の開度がわずかに小さくなるような不具合がバイパス弁２２に生じた場合にも、必要な吸入空気量を確保することができ、車両走行時のドライバの違和感を低減することができる。

実施の形態２．
実施の形態２のシステムは、インマニ圧を計測するための圧力センサを有する点を除き、図１のシステムと同一の構成を有している。ただし、実施の形態２では、スロットル上流圧を検出するための圧力センサ３４は設置されていなくてもよい。実施の形態２のシステムでは、バイパス弁閉弁固着時に、スロットル弁１８とバイパス弁２２とが協調制御され、これによりインマニ圧が、バイパス弁２２が正常に開弁している時と同程度に調整される。

ここで、バイパス弁閉弁固着時には、バイパス弁２２が正常に開弁している場合に比べて、スロットル弁１８の上流の吸気抵抗が大きくなる。従って、バイパス弁閉弁固着時に、正常時と同一のインマニ圧を実現するためには、スロットル弁１８を開弁側に制御する必要がある。

図６は、目標インマニ圧とスロットル弁開度との関係を説明するための図であり、図６において、実線Ａはバイパス弁２２が正常である時の例を表し、破線Ｂはバイパス弁閉弁固着時の例を表している。図６に示されるように、バイパス弁２２が正常である場合にはスロットル角が部分開で実現できたインマニ圧（例えば、図６のｐｉｍｔｇｔ２）であっても、バイパス弁閉弁固着時にはスロットル弁１８を全開しても実現できない場合がある。

本実施の形態では、バイパス弁閉弁時にスロットル弁１８を全開することで実現できるインマニ圧ｐｉｍｔｇｔ０を閾値として、目標インマニ圧が閾値ｐｉｍｔｇｔ０以下である場合には、スロットル弁開度を、通常時の設定値ｔａ１より大きくなるように設定されたｔａ１ｆに設定する。より具体的には、図６の破線Ｂに示すような、バイパス弁閉弁固着時の目標インマニ圧とスロットル弁開度との関係を定めたマップを、事前に実験等に基づいて作成し、制御装置に記憶しておき、このマップに従ってスロットル弁開度を算出するようにする。

目標インマニ圧が閾値ｐｉｍｔｇｔ０を超える場合には、スロットル弁１８は全開とされ、不足分は電動コンプレッサ１２による過給により補われる。即ち、その時点での空気量において、目標インマニ圧を実現するように、コンプレッサ回転数が決定される。

なお、閾値は、吸入空気量に応じて変化する値であり、その空気量を、バイパス弁２２が閉弁の状態で、かつ、スロットル弁１８が全開の状態で吸入したときに生じるインマニ圧として設定される。

図７は、実施の形態２の制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図７のルーチンは、図４のルーチンに替えて実行されるルーチンである。図７のルーチンは、ステップＳ１００、Ｓ１０２、Ｓ１０４、Ｓ１０６、及びＳ１０８の処理を有し、ステップＳ１０、Ｓ１２、及びＳ１４の処理を有さない点を除き、図４のルーチンと同一であり、同一部分についての説明は省略する。

図７のルーチンでは、ステップＳ８においてバイパス弁閉弁固着が検出されると、次に、ステップＳ１００において目標インマニ圧ｐｉｍｔｇｔが、閾値ｐｉｍｔｇｔ０より大きいか否かが判別される。閾値ｐｉｍｔｇｔ０は空気量に応じて設定される値である。ステップＳ１００において、目標インマニ圧ｐｉｍｔｇｔが閾値ｐｉｍｔｇｔ０より大きいと判別された場合には、次に、ステップＳ１０２においてスロットル弁１８が全開とされる。次に、ステップＳ１０４において電動コンプレッサ１２が駆動され、目標コンプレッサ回転数に制御される。その後、今回の処理は一旦終了する。

一方、ステップＳ１００において、目標インマニ圧ｐｉｍｔｇｔが閾値ｐｉｍｔｇｔ０以下であると判別された場合は、次に、ステップＳ１０６に進み、スロットル弁１８の開度が算出され、その開度に応じて制御される。ここで、スロットル弁１８の開度は、目標インマニ圧に応じて、マップに従って算出される開度であり、バイパス弁２２が正常である場合に通常の制御において設定されるスロットル弁１８の開度よりも大きな開度である。

次に、ステップＳ１０８において、電動コンプレッサ１２が停止状態とされる。その後、今回の処理は一旦終了する。

以上説明したように実施の形態２の制御によれば、バイパス弁閉弁固着時であっても、バイパス弁２２が正常な場合と同程度のインマニ圧を得ることができ、バイパス弁２２の閉弁故障時にドライバが感じる違和感を低減することができる。また、スロットル弁全開で対応できない場合のみ、電動コンプレッサ１２を駆動する。従って、電動コンプレッサ１２駆動のための消費電力を最低限に抑えることができ、燃費悪化を抑制することができる。

なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

２ 内燃機関
４ 吸気マニホールド
６ 吸気通路
８ エアクリーナ
１０ 電動過給機
１２ 電動コンプレッサ
１４ モータ
１６ インタークーラ
１８ スロットル弁
２０ バイパス通路
２２ バイパス弁
２２ 電動コンプレッサ
３２ エアフロメータ
３４ 圧力センサ

Claims (1)

1. 内燃機関の吸気通路に配置された電動過給機と、
   前記吸気通路に並列に配置されて、前記電動過給機をバイパスするバイパス通路と、
   前記バイパス通路に配置されたバイパス弁と、
   前記吸気通路の、前記バイパス通路との接続部より下流に設置されたスロットル弁と、
   前記バイパス弁と前記スロットル弁と前記電動過給機とを制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記バイパス弁が閉弁側で固着したことを検知した場合、前記スロットル弁の上流かつ前記電動過給機及び前記バイパス弁の下流の部分の吸気通路内の圧力が、前記バイパス弁が閉弁側で固着していない場合の圧力である目標圧力となるように、前記電動過給機を作動させるように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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