JP3826887B2

JP3826887B2 - 電動過給機構の制御装置

Info

Publication number: JP3826887B2
Application number: JP2003016201A
Authority: JP
Inventors: 克彦川村; 健一藤村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2023-01-24
Also published as: JP2004225648A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機により駆動する過給機を備えた内燃機関の過給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン出力を向上させるために、排気圧力により吸入空気を加圧するターボ過給機を装着する技術が知られている。しかしながら、ターボ過給機には過給に遅れが生じる、いわゆるターボラグや、エンジン低回転域では過給できないといった欠点がある。
【０００３】
そこで、ターボ過給機の他に、電動で動作する電動過給機を加える技術が特許文献１に開示されている。
【０００４】
特許文献１では、電動過給機のコンプレッサとターボ過給機のコンプレッサとの間に、吸気経路を切換えるバイパス弁を配置し、電動過給機の運転状態に応じてバイパス弁の動作を制御している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２１５７３号公報
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら特許文献１にはバイパス弁の制御について詳細な記述はない。バイパス弁は弁板の回転により開弁状態と閉弁状態を切換えるため、全開状態から全閉状態になるまでに弁板が回転する分だけ時間を要する。したがって、バイパス弁制御手段が制御信号を発信してからバイパス弁が動作完了するまでに遅れ時間を生じる。
【０００７】
したがって例えば、電動過給機の回転速度が目標値に達してから閉弁信号を発信すると、前記バイパス弁が動作している間に電動過給機の回転速度は目標値よりも高くなり、前記バイパス通路を空気が逆流してエンジンに十分な空気が供給されず、トルク段差を生じる。
【０００８】
そこで、本発明は前記遅れ時間を考慮してバイパス弁に信号を送ることによって、上記問題を解決することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の制御装置は、エンジンの排気ガスにより駆動されるターボ過給機と、前記ターボ過給機の下流の吸気通路に設けられ、電動機によって駆動される電動過給機と、前記電動過給機を迂回して前記電動過給機の上流と下流の吸気通路をつなぐバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、車両の加速要求を検出する手段と、前記加速要求を検出したときに前記電動過給機を稼働させ、その後に前記バイパス弁を閉じる制御手段とで構成される電動過給機構の制御装置であって、前記電動機の下流の吸気通路を流れる空気量がエンジンの吸入空気量とほぼ一致する目標回転速度を設定し、現時点の電動機の回転数から前記開閉弁の閉弁動作に要する遅れ時間経過後の予測回転速度を算出し、前記予測回転速度が前記目標回転速度に達した時に前記バイパス弁に閉弁指令を出す制御手段を有する。
【００１０】
【作用・効果】
本発明によれば、バイパス弁の開閉動作の間に上昇する電動機の回転速度を予測してバイパス弁に駆動指令を送るので、バイパス弁が全閉状態になったときに電動機の回転速度が目標回転速度に達する。したがってバイパス弁の開閉動作にともなうトルク段差の発生を防止することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
第１実施形態の構成を図１に示す。
図１は車両に搭載した本発明のシステムを示す図であり、１１はエンジン、３はエンジン１１の排気ガスによって駆動するターボ過給機である。
【００１３】
ターボ過給機３の上流の吸気通路７にはエアクリーナ１とエアクリーナ１から吸入した吸気量Ｑａを計測するエアフロメータ（ＡＦＭ）２を設置する。
【００１４】
ターボ過給機３の下流の吸気通路８には、駆動モータ４ｂによってコンプレッサ４ａを駆動して過給を行う電動過給機４と、電動過給機４を迂回して吸気通路８とさらに下流の吸気通路９をつなぐバイパス通路１０およびバイパス通路１０を開閉するバイパス弁６を設置する。
【００１５】
なお、本実施形態において電動過給機４はルーツタイプの容積型過給機とする。
【００１６】
したがって、電動過給機４が停止しているときは空気がコンプレッサ４ａを通過することができないので、空気をバイパスさせるためにバイパス通路１０を設ける必要がある。
【００１７】
電動過給機４は、電動機４ｂにより駆動されるため、回転速度がエンジン１１の回転数に依存せず、過給圧が高まるまでの時間がターボ過給機３よりも短い。
【００１８】
そこでこの特性を生かして、エンジン１１が低回転域にある状況や、過給に遅れが生じるターボラグといったターボ過給機３が過給を行えない状況で、ターボ過給機３の過給が高まるまでの過給を賄うために電動過給機４を稼働させる。
【００１９】
電動過給機４と連動してバイパス通路１０を開閉するバイパス弁６は、アクチュエータ６ｂとアクチュエータ６ｂによって駆動される開閉弁６ａとで構成される。
【００２０】
これら電動過給機４とバイパス弁６を制御するためにコントロールユニット（ＥＣＭ）５が備えられる。ＥＣＭ５は、車両の加速要求があったとき、特に加速初期にターボ過給機３によるターボラグがある間、例えば数秒間、電動過給機４を作動させると共にバイパス弁６を開閉させて過給圧のつながりが滑らかとなるように過給を行わせる。
【００２１】
ＥＣＭ５には、電動過給機４の回転シャフト４ｃの近傍に配置した回転速度センサ１３によって検出したコンプレッサ４ａの回転速度および加速要求検出手段１６によって検出した加速要求が、それぞれ回転速度検出信号Ｎｃ、加速要求検出信号Ｔｈとして読み込まれる。
【００２２】
加速要求検出手段１６は吸気通路９に介装したスロットルバルブ１６ａの開度（あるいはアクセル開度）を検出するもので、スロットルバルブ１６ａの開度が予め定めた敷居値を超えた場合に、車両が加速要求状態であると判断し、加速要求検出信号ＴｈをＥＣＭ５に送る。ただし、前記敷居値は一定の値、もしくはエンジン回転数に応じて徐々に大きくなるように決められる値となっている。
【００２３】
加速要求信号ＴｈがＥＣＭ５に読み込まれると、ＥＣＭ５は電動機４ｂに駆動指令を送る。このときバイパス弁６は開いたままである。そのまま加速が継続すると電動機４ｂの回転速度Ｎが上昇し、エンジン１１が吸入する空気量Ｑａと電動コンプレッサ４ａを通過する空気量Ｑｓが等しくなる。このときバイパス通路９を流れる空気量はゼロである。ＥＣＭ５はこの状態を検知してバイパス弁６を閉じる。このままバイパス弁６を開いていると、電動過給機４の下流の吸気通路１２の圧力が上流の圧力よりも高くなり、空気がバイパス通路９を逆流してしまい、エンジン１１に供給されなくなるためである。
【００２４】
エンジン１１が吸入する空気量Ｑａはエアフロメータ２によって検出する。
【００２５】
電動過給機４を通過する空気量Ｑｓは電動機４ｂの回転速度Ｎによっておおよそ次式（１）のように定まる。
【００２６】
Ｑｓ＝変換係数Ａ×コンプレッサー回転速度Ｎ・・・（１）
変換係数Ａ：コンプレッサ４ｂが一回転毎に送り出す空気量等
上記のエンジン１１が吸入する空気量Ｑａと電動過給機４を通過する空気量が一致した瞬間に、バイパス弁６が完全に閉じていることが理想である。この時の電動機４ｂの回転数を目標回転速度ＮＴとすると、電動機４ｂが目標回転速度ＮＴになった瞬間にバイパス弁６を閉じればよい。
【００２７】
しかし、バイパス弁６に閉弁信号が入力されてから完全に閉じるまでには一定の遅れ時間Ｔが生じる。したがって、本実施形態では、ＥＣＭ５がこの遅れ時間Ｔを考慮してバイパス弁６に指令信号を送るようになっている。
【００２８】
図２にＥＣＭ５で行われる本実施形態の制御フローを示す。
【００２９】
ステップＳ１００では、車両が加速中であるか否かの判定を行う。
【００３０】
加速中である場合は、ステップＳ１０１に進み、電動過給機４が稼動中か否かの判定を行う。
【００３１】
ステップＳ１０１で電動過給機４が稼動中であると判定した場合には、ステップＳ１０５に進み、バイパス弁６が開いているか否かの判定を行う。
【００３２】
なお、ステップＳ１０１で電動過給機４が停止中である場合はステップＳ１０２に進み、電動過給機４を稼働させる。
【００３３】
ステップＳ１０５でバイパス弁６が開いていると判定した場合は、ステップＳ１０６に進み、エンジン吸入空気量Ｑａから、前述した電動過給機４の目標回転速度ＮＴを求める。
【００３４】
ステップＳ１０７では、後述するフローに従って遅れ時間Ｔ経過後の予測回転速度ＮＦを求めてステップＳ１０８に進む。
【００３５】
ステップＳ１０７でＥＣＭ５がおこなう制御を図３に示したフローチャートを用いて説明する。
【００３６】
ステップＳ２０１では、電動過給機４のシャフト４ｃ近傍に設けた回転センサ１３によって検出した、現在の電動機４ｂの回転速度Ｎを読み込む。
【００３７】
ステップＳ２０２では、前記回転センサ１３の検出値から実際の電動機４ｂの回転上昇速度ΔＮを読み込む。
【００３８】
ステップＳ２０３では、電動機４ｂの電流値Ｉ、電圧値Ｖを読み込む。
【００３９】
ステップＳ２０４では、図４に示す回転上昇予測値のテーブルを検索して、遅れ時間Ｔの間に上昇する回転速度ΔＮＭＡＰを求める。図４のテーブルは、回転速度Ｎが高くなるほど回転上昇予測値が小さくなっている。これは、図５に示した一般的な電動機の特性図からわかるように、電動機は回転速度が高くなるほどトルクが低下する特性を持つので、回転速度が高くなるほど一定時間に上昇する回転数が少なくなるからである。
【００４０】
ステップＳ２０５では、電動機４ｂの回転上昇速度が電動機４ｂにかかる負荷の変化や経時劣化等によって変化することを考慮して、回転上昇実速度ΔＮを逐次検出し、この検出値から回転上昇予測値ΔＮＭＡＰの補正を行い、ΔＮ１とする。
【００４１】
ステップＳ２０６では、電動機４ｂの回転上昇速度が電流値Ｉにより変化することを考慮して、検出した電流値Ｉを用いてステップＳ２０５で求めた回転上昇予測値ΔＮ１を補正してΔＮ２とする。
【００４２】
ステップＳ２０７では電動機４ｂの回転上昇速度が電圧値Ｖにより変化することを考慮して、検出した電圧値Ｖを用いてステップＳ２０６で求めた回転上昇予測値ΔＮ２を補正してΔＮ３とする。
【００４３】
ステップＳ２０８では、ステップＳ２０１で読み込んだ電動機４ｂの回転速度Ｎに、上記で求めた回転上昇速度ΔＮ３と遅れ時間Ｔを積算して求めた上昇予測値ΔＮＥを加えて遅れ時間Ｔ後の予測回転速度ＮＦを求める。
【００４４】
以上のように予測回転速度ＮＦを求め、図２のステップＳ１０８へと進む。
【００４５】
なお、ステップＳ２０５〜Ｓ２０７において補正を行っているが、必ずしもすべての補正を行う必要はなく、いずれか１つのみ、もしくは２つでもかまわない。
【００４６】
ステップＳ１０８では上記予測回転速度ＮＦが目標回転速度ＮＴ以上であるか否かの判定を行い、予測回転速度ＮＦが目標回転速度ＮＴと一致もしくはそれ以上であった場合はステップＳ１０９に進み、バイパス弁６を閉じる。予測回転速度ＮＦが目標回転速度ＮＴより低い場合はバイパス弁６を開いたまま、ステップＳ１００に戻る。
【００４７】
ステップＳ１００で車両が加速中でない場合にはステップＳ１０３でバイパス弁６を開き、ステップＳ１０４で電動過給機４を停止する。
【００４８】
上記のフローに従って制御を行なった場合のタイムチャートを図６に示す。
【００４９】
でスロットルバルブ１６の開度が加速要求開度として設定した敷居値を超えた瞬間（ｔ＝ｔ０）にＥＣＭ５は電動機駆動指令を出す。
【００５０】
電動機４ｂは駆動を開始して回転速度Ｎが上昇し、それに伴って予測回転速度ＮＦも上昇する。そしてｔ＝ｔ１のときに予測回転速度ＮＦが目標回転速度ＮＴに達すると、ＥＣＭ５はバイパス弁６に閉弁指令を出す。
【００５１】
閉弁指令を受けたバイパス弁６は閉弁動作を開始するが、全閉状態になるのはｔ＝ｔ２である。このｔ１からｔ２までの時間が遅れ時間Ｔである。遅れ時間Ｔの間も電動機４ｂの回転速度は上昇し続けて、ｔ＝ｔ２の時点で目標回転速度ＮＴになっている。
【００５２】
以上のことから、本実施形態ではバイパス弁６が閉弁指令を受けてから全閉状態になるまでの遅れ時間Ｔの間に電動機４ｂの回転速度が上昇することを考慮して予測回転速度ＮＦを設定し、この予測回転速度ＮＦが目標回転速度ＮＴになった時点で閉弁指令を出すので、電動機４ｂが目標回転速度になったときに、同時にバイパス弁６が全閉状態となり、閉弁時のトルク変動を防止することができる。
【００５３】
回転上昇予測値テーブルから検索した回転上昇予測値を、逐次検出した回転上昇実速度ΔＮに基づいて補正しているので、電動機４ｂにかかる負荷の変化や経時劣化等によって回転上昇速度が変化しても、正確な予測回転速度ＮＦを求めることができる。
【００５４】
回転上昇予測値テーブルから検索した回転上昇予測値を、電動機４ｂの電流値Ｉ、電圧値Ｖに基づいて補正しているので、運転状態、発電状態およびバッテリ容量等が変化しても正確な予測回転速度ＮＦを求めることができる。
【００５５】
第２実施形態について説明する。
【００５６】
本実施形態の電動過給機構の構成は第１実施形態と同様である。制御に関しては第１実施形態のフローチャートのステップＳ１０７に相当するステップ、つまり遅れ時間Ｔ後の予測回転速度ＮＦの求め方のみが異なり、他は第１実施形態と同様である。
【００５７】
予測回転速度ＮＦは、電動機４ｂ駆動開始時の回転速度Ｎに、図７に示したテーブルから検索した回転上昇予測値を加えることによって求める。
【００５８】
図７のテーブルは、電動機４ｂの駆動時間に対する回転上昇予測値を示しており、駆動時間とともに回転上昇予測値も大きくなっている。バイパス弁６の開閉動作時間、つまり遅れ時間Ｔは原則的に一定なので、前記テーブルから遅れ時間Ｔで検索することによって求める回転上昇予測値も一定である。したがってバイパス弁６の開閉動作時間を実験などにより予め求めておけば、回転上昇予測値も予め定まり、電動機４ｂ駆動時の回転速度Ｎに前記回転上昇予測値を加えることで予測回転速度ＮＦが求まる。
【００５９】
以上により、本実施形態では第１実施形態と同様の効果に加えて、回転上昇予測値が予め定まるので制御を単純化できるという効果がある。
【００６０】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のシステム構成を表す図である。
【図２】第１実施形態の制御フローチャートである。
【図３】予測回転速度を決定するフローチャートである。
【図４】電動機の回転速度に対する回転上昇予測値テーブルである。
【図５】電動機の特性図である。
【図６】第１実施形態の制御のタイムチャートである。
【図７】電動機の駆動時間に対する回転上昇予測値テーブルである。
【符号の説明】
１エアクリーナ
２エアフロメータ
３ターボ過給機
４電動過給機
４ａコンプレッサ
４ｂ電動機
４ｃシャフト
５コントロールユニット（ＥＣＭ、制御手段）
６バイパス弁
６ａ開閉弁
６ｂアクチュエータ
７吸気通路
８吸気通路
９吸気通路
１０バイパス通路
１１エンジン
１３回転センサ
１６スロットル弁（加速要求検知手段）

Claims

エンジンの排気ガスにより駆動されるターボ過給機と、
前記ターボ過給機の下流の吸気通路に設けられ、電動機によって駆動される電動過給機と、
電動機の回転速度を検出する手段と、
前記電動過給機を迂回して前記電動過給機の上流と下流の吸気通路をつなぐバイパス通路と、
前記バイパス通路を指令信号に応じて開閉するバイパス弁と、
車両の加速要求を検出する手段と、
前記加速要求を検出したときに前記電動過給機を稼働させ、その後に前記バイパス弁を閉じる制御手段であって、
前記電動過給機を流れる空気量がエンジンの吸入空気量とほぼ一致する電動機の目標回転速度を設定し、
現時点の電動機の回転速度から前記バイパス弁の閉動作に要する時間の経過後の電動機の予測回転速度を算出し、前記予測回転速度が前記目標回転速度に達した時に前記バイパス弁に閉弁指令を出す制御手段と、を有する電動過給機機構の制御装置。
前記制御手段は、電動機の回転上昇特性テーブルを検索して予測回転速度を求める請求項１に記載の電動過給機構の制御装置。
前記制御手段は、実際の電動機の回転上昇速度を逐次検出して前記回転上昇特性の補正を行う請求項２に記載の電動過給機構の制御装置。
前記制御手段は、電動機の電流値および電圧値のいずれか一方または両方を逐次検出して前記回転上昇特性の補正を行う請求項２または３に記載の電動過給機構の制御装置。