JP2018189060A

JP2018189060A - エンジン制御システム

Info

Publication number: JP2018189060A
Application number: JP2017094370A
Authority: JP
Inventors: 洋紀瀬戸; Hiroki Seto; 治雄鈴木; Haruo Suzuki
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2017-05-11
Filing date: 2017-05-11
Publication date: 2018-11-29
Anticipated expiration: 2037-05-11
Also published as: JP6859839B2

Abstract

【課題】過給機のサージ現象を効果的に防止する。【解決手段】可変バルブタイミング機構５０，５１と、過給機３０と、エンジンの吸気状態量を取得する状態量取得部９０，９４と、吸気状態量が過給機３０にサージ現象を生じさせ得る所定のサージ領域にあるか否かを判定する判定部１３０と、吸気状態量が所定のサージ領域にあると判定されると、可変バルブタイミング機構５０，５１の作動を制御して、１サイクル中に吸気行程及び排気行程をそれぞれ２回ずつ繰り返させるサージ防止制御を実施する制御部１４０とを備えるようにした。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジン制御システムに関し、特に、過給機付きエンジンにおけるエンジン制御システムに関する。

従来、車両用のエンジンにおいては、吸気の流動性を高めることにより加速性能や燃費性能を向上させることを目的として、過給機付きエンジンを採用したものが周知である。この種の過給機付きエンジンは、吸気の流動性を高めたことにより、コンプレッサの出口側から入口側に吸気が間欠的に逆流する所謂サージ現象を引き起こす場合がある。

このようなサージ現象は、コンプレッサにおける圧力比と吸気流量とのバランスに大きく関係しており、吸気流量が少ないほど、また、コンプレッサの入口圧力に対する出口圧力の比が大きいほど、発生し易いことが知られている。サージ現象が発生してしまうと、コンプレッサ等に悪影響を及ぼしてしまい、異音（サージ音）の発生や破損の要因となる。

そこで、コンプレッサにおける圧力比と吸気流量との関係において、サージ現象が発生してしまう虞れのあるサージ領域（例えば、上限値或いは下限値）を予め設定しておき、圧力比や吸気流量を監視することによってサージ領域に突入してしまうことを未然に防止する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

具体的に、特許文献１では、過給機及び排気可変動弁装置を備えた過給機付きエンジンの駆動状態が所定の高負荷運転状態（過給圧が上昇）となっていることを条件として、排気ポート圧力の脈動の極小点が、排気弁開弁期間と吸気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間に一致するように排気弁開き時期を変化させている。

特開２００９−６８４５０号公報

ところで、エンジンが高負荷運転状態から脱した直後等、過給機のタービンが慣性により回転している状態で、ドライバーによるブレーキ操作等に起因して車両が減速されると、エンジン回転数の低下と連動するように吸気流量も減少する。その結果、コンプレッサの入口圧力に対する出口圧力の比が大きくなり、コンプレッサにおける圧力比と吸気流量とのバランスが崩れることで、過給機にサージ現象が発生しやすくなる課題がある。

本開示の技術は、吸気流量の減少に伴う過給機のサージ現象を効果的に防止することを目的とする。

本開示の技術は、車両に搭載されたエンジンの吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミングを任意に調整可能な可変バルブタイミング機構と、前記エンジンの排気通路に設けられて排気により駆動するタービン及び、前記エンジンの吸気通路に設けられて吸気を圧送するコンプレッサを含む過給機と、前記エンジンの吸気状態量を取得する状態量取得手段と、前記状態量取得手段により取得される前記吸気状態量が前記過給機にサージ現象を生じさせ得る所定のサージ領域にあるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により前記吸気状態量が所定のサージ領域にあると判定されると、前記可変バルブタイミング機構の作動を制御して、前記吸気バルブをピストンが上死点近傍から下死点近傍に達するまでの期間に亘って開弁させると共に、前記排気バルブをピストンが下死点近傍から上死点近傍に達するまでの期間に亘って開弁させ、１サイクル中に吸気行程及び排気行程をそれぞれ２回ずつ繰り返させるサージ防止制御を実施する制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、前記エンジンの運転状態を取得する運転状態取得手段と、前記車両の減速走行を取得する減速走行取得手段と、をさらに備え、前記判定手段は、前記運転状態取得手段により所定の高負荷運転状態が取得された後に、前記減速走行取得手段により前記車両の減速走行が取得されると、前記吸気状態量が所定のサージ領域にあるか否かを判定することが好ましい。

本開示の技術によれば、吸気流量の減少に伴う過給機のサージ現象を効果的に防止することができる。

本実施形態に係るエンジンの吸排気系を示す模式的な全体構成図である。本実施形態に係る電子制御ユニットの機能ブロック図である。本実施形態に係るコンプレッサ特性マップの一例を示す模式図である。本実施形態に係るサージ防止制御の吸排気バルブの開閉タイミングを説明する図である。本実施形態に係るサージ防止制御を説明するフローチャート図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係るエンジン制御システムについて説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

[エンジン吸排気系]
図１に示すように、車両に搭載されたエンジン１０のシリンダヘッド１１には、吸気ポート１１Ａ、排気ポート１１Ｂ、吸気バルブ１２、排気バルブ１４、インジェクタ１６等が設けられている。また、吸気ポート１１Ａには吸気マニホールド１３が接続され、排気ポート１１Ｂには排気マニホールド１５が接続されている。シリンダヘッド１１の下部には、シリンダブロックＣＢが設けられ、シリンダブロックＣＢのシリンダボア内にはピストンＰが往復移動自在に収容されており、シリンダボア内壁とシリンダヘッド１１下面とピストンＰ頂面とにより燃焼室が区画されている。また、ピストンＰには、コンロッドを介してクランクシャフトＣＳが連結されている。なお、図示の関係上、図１にはエンジン１０の複数気筒のうち１気筒のみを示し、他の気筒については図示を省略している。

吸気マニホールド１３には吸気を導入する吸気通路２０が接続され、排気マニホールド１５には排気を大気に放出する排気通路２１が接続されている。吸気通路２０には、吸気上流側から順に、エアクリーナ２２、吸入空気流量センサ（以下、ＭＡＦセンサ）９３、過給機３０のコンプレッサ３２、インタークーラ２３、ブースト圧センサ９４等が設けられている。排気通路２１には、排気上流側から順に、過給機３０のタービン３１、排気後処理装置２４等が設けられている。

過給機３０は、排気により駆動するタービン３１と、タービン３１と回転軸で連結されて吸気を圧送するコンプレッサ３２とを備えている。なお、過給機３０は、図示例のコンベンショナルタイプに限定されず、可変翼を備える可変容量型タイプであってもよい。

ＥＧＲ装置４０は、タービン３１よりも上流側の排気通路２１とコンプレッサ３２よりも下流側の吸気通路２０とを接続するＥＧＲ通路４１と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ４２と、ＥＧＲ量を調整可能なＥＧＲバルブ４３とを備えている。

本実施形態のエンジン１０は、吸気バルブ１２の開閉タイミングを任意の時期に調整可能な第１可変バルブタイミング機構５０と、排気バルブ１４の開閉タイミングを任意の時期に調整可能な第２可変バルブタイミング機構５１とを備えている。第１可変バルブタイミング機構５０及び第２可変バルブタイミング機構５１としては、例えば、カムプロフィールの異なる複数のカム（不図示）を選択的に切り替え可能なカム切替式バルブタイミング機構や、電磁ソレノイドの電磁力により吸気バルブ１２及び排気バルブ１４を直接的に開閉動作させる電磁駆動式バルブタイミング機構を用いることができる。第１可変バルブタイミング機構５０及び第２可変バルブタイミング機構５１は、ＥＣＵ１００から入力される指示信号に応じて制御される。

エンジン回転数センサ９０（状態量取得手段の一例）は、エンジン１０のクランクシャフトＣＳからエンジン回転数Ｎｅを取得する。アクセル開度センサ９１は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量からエンジン１０の燃料噴射量Ｑを取得する。車速センサ９２は、図示しないプロペラシャフト又は変速機の出力シャフトから車両の車速Ｖを取得する。ＭＡＦセンサ９３（状態量取得手段の一例）は、エアクリーナ２２から吸気通路２０に導入される吸入空気流量ｑを取得する。ブースト圧センサ９４（状態量取得手段の一例）は、コンプレッサ３２により圧送される吸気の圧力（以下、ブースト圧Ｐ）を取得する。これら各種センサ類９０〜９４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されている。

[制御部]
ＥＣＵ１００は、エンジン１０等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵ１０１やＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。これら各種制御を行うため、ＥＣＵ１００には、各種センサ類９０〜９４のセンサ値が入力される。

また、ＥＣＵ１００は、図２に示すように、運転状態判定部１１０と、減速走行判定部１２０と、サージ判定部１３０と、サージ防止制御部１４０とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるＥＣＵ１００に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

運転状態判定部１１０は、エンジン回転数センサ９０により取得されるエンジン回転数Ｎｅ及び、アクセル開度センサ９１により取得される燃料噴射量Ｑ等に基づいて、エンジン１０が所定の高負荷運転状態にあるか否かを判定する。エンジン１０が所定の高負荷運転状態にあるか否かは、例えば、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに基づく要求トルクが所定の上限閾値以上であるか否かに基づいて判定すればよい。

減速走行判定部１２０は、車速センサ９２により取得される車速Ｖの変化度合、アクセル開度センサ９１により取得されるアクセルペダルの操作度合又は、図示しないブレーキペダルセンサにより取得されるブレーキペダルの操作度合等に基づいて、車両が減速走行中にあるか否かを判定する。

サージ判定部１３０は、後述するサージ防止制御の実施が必要か否かを判定する。より詳しくは、ＥＣＵ１００の図示しないメモリには、図３に示すような、コンプレッサ特性マップＭが予め記憶されている。コンプレッサ特性マップＭには、縦軸にコンプレッサ３２の入口圧力と出口圧力との比である圧力比、横軸にコンプレッサ３２を通過する吸気流量が設定されている。さらに、コンプレッサ特性マップＭには、過給機３０にサージ現象を生じさせ得るサージ領域Ｓが設定されている。サージ判定部１３０は、エンジン回転数Ｎｅから推定されるエンジン１０の吸入空気量と、ブースト圧センサ９４により取得されるブースト圧Ｐとに基づき、コンプレッサ３２を通過する吸気流量がコンプレッサ特性マップＭのサージ領域Ｓにある場合には、サージ防止制御の実施を必要と判定する。コンプレッサ特性マップＭは、必ずしも図形化する必要はなく、数値データとして記憶させてもよい。

サージ防止制御部１４０は、サージ判定部１３０によりサージ防止制御の実施が必要と判定されると、吸排気バルブ１２，１４の開閉タイミングを調整して、コンプレッサ３２を通過する吸気流量を増加させるサージ防止制御を実施する。具体的には、図４に示すように、サージ防止制御部１４０は、全気筒の吸気バルブ１２をピストンＰが上死点ＴＤＣ近傍から下死点ＢＤＣ近傍に達するまでの期間に亘って開弁させると共に、全気筒の排気バルブ１４をピストンＰが下死点ＢＤＣ近傍から上死点ＴＤＣ近傍に達するまでの期間に亘って開弁させ、１サイクル中に吸気行程及び排気行程をそれぞれ２回ずつ繰り返させることにより、エンジン１０の燃焼室に取り込まれる吸入空気量を定常運転時の約２倍に増加させる。このように、吸入空気量を定常運転時の約２倍に増加させるサージ防止制御を実施すると、コンプレッサ３２を通過する吸気流量の増加に伴い、コンプレッサ３２の入口圧力に対する出口圧力の比が小さく抑えられるようになり、過給機３０のサージ現象を効果的に防止することが可能になる。

本実施形態において、第１及び第２可変バルブタイミング機構５０，５１には、電磁駆動式バルブタイミング機構又はカム切替式バルブタイミング機構の何れをも用いることができる。電磁駆動式バルブタイミング機構を用いる場合には、サージ防止制御部１４０は、エンジン回転数センサ９０により取得されるクランク角に基づいて、吸気バルブ１２を上死点ＴＤＣ近傍から下死点ＢＤＣ近傍に亘って開弁作動させる指示信号を第１可変バルブタイミング機構５０に出力すると共に、排気バルブ１４を下死点ＢＤＣ近傍から上死点ＴＤＣ近傍に亘って開弁作動させる指示信号を第２可変バルブタイミング機構５２に出力する。一方、カム切替式バルブタイミング機構を用いる場合には、サージ防止制御部１４０は、吸排気バルブ１２，１４をそれぞれ１サイクル中に１回ずつ開弁作動させる定常運転時の主カムから、吸排気バルブ１２，１４を１サイクル中にそれぞれ２回ずつ開弁作動させる副カムに切り替えさせる指示信号を第１及び第２可変バルブタイミング機構５０，５１に出力する。

次に、図５のフローチャートに基づいて、本実施形態に係るサージ防止制御の処理を説明する。

ステップＳ１００では、エンジン回転数センサ９０により取得されるエンジン回転数Ｎｅ及び、アクセル開度センサ９１により取得される燃料噴射量Ｑ等に基づいて、エンジン１０が所定の高負荷運転状態にあるか否かを判定する。エンジン１０が所定の高負荷運転状態にあれば（肯定）、車両減速時にサージ領域に入る可能性が高いため、本制御はステップＳ１１０に進む。一方、高負荷運転状態になければ（否定）、車両減速時にサージ領域に入る可能性が低いため、本制御はリターンされる。

ステップＳ１１０では、車速センサ９２により取得される車速Ｖ等に基づいて、車両が減速走行中にあるか否かを判定する。車両が減速走行中であれば（肯定）、本制御はステップＳ１２０に進む。一方、車両が減速走行中でなければ（否定）、本制御はリターンされる。

ステップＳ１２０では、エンジン回転数Ｎｅから推定されるエンジン１０の吸入空気量と、ブースト圧センサ９４により取得されるブースト圧Ｐとに基づき、コンプレッサ３２を通過する吸気流量がコンプレッサ特性マップＭのサージ領域Ｓにあるか否かを判定する。肯定の場合は、サージ防止制御の実施を必要と判別し、本制御はステップＳ１３０に進む。一方、否定の場合は、サージ防止制御の実施を不要と判別し、本制御はリターンされる。

ステップＳ１３０では、全気筒の吸気バルブ１２をピストンＰが上死点ＴＤＣ近傍から下死点ＢＤＣ近傍に達するまでの期間に亘って開弁させると共に、全気筒の排気バルブ１４をピストンＰが下死点ＢＤＣ近傍から上死点ＴＤＣ近傍に達するまでの期間に亘って開弁させ、１サイクル中に吸気行程及び排気行程をそれぞれ２回ずつ繰り返させるサージ防止制御を実施する。

ステップＳ１４０では、エンジン回転数Ｎｅから推定されるエンジン１０の吸入空気量と、ブースト圧センサ９４により取得されるブースト圧Ｐとに基づき、コンプレッサ３２を通過する吸気流量が、依然としてコンプレッサ特性マップＭのサージ領域Ｓにあるか否かを判定する。肯定の場合は、サージ防止制御の実施を継続させるべく、本制御はステップＳ１３０に戻される。一方、否定の場合、すなわち、コンプレッサ３２を通過する吸気流量がサージ領域Ｓから脱していれば、本制御はステップＳ１５０に進み、サージ防止制御を解除して、その後、リターンされる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、高負荷運転後の減速走行等によりコンプレッサ３２を通過する吸気流量がサージ領域Ｓに入ると、１サイクル中に吸気行程及び排気行程をそれぞれ２回ずつ繰り返させるサージ防止制御が実施される。これにより、コンプレッサ３２を通過する吸気流量が増加され、これに伴いコンプレッサ３２の入口圧力に対する出口圧力の比が小さく抑えられるようになり、過給機３０のサージ現象を効果的に防止することが可能になる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、上記実施形態において、サージ防止制御は、全気筒の吸排気バルブ１２，１４を対象として実施されるものとして説明したが、一部の吸排気バルブ１２，１４を対象として実施されてもよい。また、エンジン１０の気筒数は、単気筒又は複数気筒の何れであってもよい。

１０エンジン
１２吸気バルブ
１４排気バルブ
２０吸気通路
２１排気通路
３０過給機
３１タービン
３２コンプレッサ
５０第１可変バルブタイミング機構
５１第２可変バルブタイミング機構
９０エンジン回転数センサ
９１アクセル開度センサ
９２車速センサ
９４ブースト圧センサ
１００ＥＣＵ
１１０運転状態判定部
１２０減速走行判定部
１３０サージ判定部
１４０サージ防止制御部

Claims

車両に搭載されたエンジンの吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミングを任意に調整可能な可変バルブタイミング機構と、
前記エンジンの排気通路に設けられて排気により駆動するタービン及び、前記エンジンの吸気通路に設けられて吸気を圧送するコンプレッサを含む過給機と、
前記エンジンの吸気状態量を取得する状態量取得手段と、
前記状態量取得手段により取得される前記吸気状態量が前記過給機にサージ現象を生じさせ得る所定のサージ領域にあるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により前記吸気状態量が所定のサージ領域にあると判定されると、前記可変バルブタイミング機構の作動を制御して、前記吸気バルブをピストンが上死点近傍から下死点近傍に達するまでの期間に亘って開弁させると共に、前記排気バルブをピストンが下死点近傍から上死点近傍に達するまでの期間に亘って開弁させ、１サイクル中に吸気行程及び排気行程をそれぞれ２回ずつ繰り返させるサージ防止制御を実施する制御手段と、を備える
ことを特徴とするエンジン制御システム。
前記エンジンの運転状態を取得する運転状態取得手段と、
前記車両の減速走行を取得する減速走行取得手段と、をさらに備え、
前記判定手段は、前記運転状態取得手段により所定の高負荷運転状態が取得された後に、前記減速走行取得手段により前記車両の減速走行が取得されると、前記吸気状態量が所定のサージ領域にあるか否かを判定する
請求項１に記載のエンジン制御システム。