JP5278696B2 - 電動過給装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの電動過給装置に係り、詳しくは、コンプレッサを駆動する電動機の制御技術に関する。

近年、エンジンに搭載される過給機として、電動機によりコンプレッサを駆動する構成の電動過給機が開発されている。
電動過給機は、例えばエンジン回転速度及びアクセル開度に基づいて電動機の回転速度が制御されることで、過給圧を任意に設定することができる（特許文献１）。

更に、電動過給機の過給圧が目標過給圧に一致するように、フィードバック制御が行われるものもある。例えばエンジン回転速度及びアクセル開度に基づいて演算した目標過給圧と実過給圧とを比較し、その差に応じて、目標過給圧に基づいて設定された電動過給機の基本目標回転速度を補正して、電動過給機の目標回転速度を決定する。また、目標過給圧の演算は、通常、マップを用いて行われており、マップの容量を低減するためにデータ数を抑え、データ間を補間によって求めている。

特開２００７−７７９０９号公報

しかしながら、上記のように電動過給機を制御するものでは、外的要因等でエンジン回転速度が微少変動すると、目標過給圧を求めるマップの設定によっては、目標過給圧が大きく変動する虞がある。このように、目標過給圧が変動すると、これに伴い実過給圧が変動し、エンジントルクが変動するので、エンジン回転速度の変動が増幅され、車両に前後振動、所謂サージやしゃくりが発生してしまう。特に、上記のようにマップにおけるデータ数が少ない場合や、応答性を向上させるためにエンジン回転速度に対して目標過給圧が急激に変化するようにマップが設定されている場合には、エンジン回転速度の変動が大きく増幅されてしまう。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、電動過給機の過給圧の変動を抑え、エンジンの回転速度の変動を抑制する電動過給装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の電動過給装置は、電動機によって駆動されたコンプレッサによりエンジンの吸気を過給する電動過給機と、電動機の目標回転速度を演算し、該目標回転速度に応じて電動機を作動制御する制御手段と、を備えた電動過給装置において、制御手段は、電動過給機の目標過給圧を求める目標過給圧演算手段と、目標過給圧演算手段により演算された目標過給圧を１次遅れ処理するフィルタ手段と、フィルタ手段により１次遅れ処理された目標過給圧に基づいて電動機の目標回転速度を演算する目標回転速度演算手段と、を備え、フィルタ手段は、エンジンの実回転速度の所定時間内の変動量が所定値より大きい場合には、目標過給圧を１次遅れ処理させずに出力することを特徴とする。

本発明の請求項１の電動過給装置によれば、電動過給機の目標過給圧に対して１次遅れ処理が施され、該１次遅れ処理した目標過給圧に基づいて電動機の目標回転速度が演算されるので、エンジン回転速度が何らかの原因で変動しても電動機の目標回転速度の変動を抑制することができる。したがって、電動過給機の過給圧の変動が抑制されて、エンジン回転速度の変動の増幅を防止することが可能となり、車両の前後振動の発生を抑制することができる。
特に、目標過給圧演算手段において演算した目標過給圧に対して１次遅れ処理を行うので、目標過給圧の演算時に変動が増幅されたとしても、この変動を確実に抑えることができ、よってエンジン回転速度の変動を確実に抑制することができる。
更に、実回転速度の所定時間内の変動量が所定値より大きい場合には目標過給圧の１次遅れ処理が行われないので、例えば加速時においては過給圧制御の応答性を向上させることができ、加速性能を向上させることができる。

本発明に係る電動過給装置を備えたエンジンの吸気系の概略構成図である。 モータ制御部における目標回転速度の演算手順を示すブロック図である。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明に係る電動過給機の制御装置を備えたエンジン１の吸気系の概略構成図である。
図１に示すように、エンジン１には、電動過給機２が備えられている。電動過給機２は、エンジン１の吸気通路３に介装されたコンプレッサ４と、該コンプレッサ４を回転駆動するモータ５（電動機）とを含んで構成されている。

コンプレッサ４は、吸気通路３に備えられたエアクリーナ６の下流側かつスロットルバルブ７の上流側に備えられており、吸気を圧縮することで、吸気流量を増加させる機能を有している。
吸気通路３には、コンプレッサ４をバイパスするバイパス路８が設けられている。バイパス路８には、リードバルブ９が介装されている。リードバルブ９は、コンプレッサ４停止時でも慣性過給が可能となるように、エアクリーナ６からスロットルバルブ７へ向かう方向にのみ吸気の通過を許容する機能を有している。

スロットルバルブ７より下流側の吸気通路３には、エンジン１に流入する吸気の流量を検出するエアフローセンサ１０、及び過給圧を検出する過給圧センサ１１が設けられている。
ＥＣＵ２０は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成されている。
ＥＣＵ２０の入力側には、上記エアフローセンサ１０、過給圧センサ１１の他に、エンジンのクランク角を検出するクランク角センサ２１、アクセルの開度を検出するアクセルポジションセンサ２２等が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。

一方、ＥＣＵ２０の出力側には、上記スロットルバルブ７の他に図示しない燃料噴射弁等の各種出力デバイスが接続されている。ＥＣＵ２０は、各種センサ類からの検出情報に基づいて、吸気量、燃料噴射量、燃料噴射時期等を演算し、各種出力デバイスにそれぞれ出力することで、適正なタイミングでスロットルバルブ７や燃料噴射弁等を制御する。
また、ＥＣＵ２０は、内蔵するモータ制御部３０（制御手段）において、エアフローセンサ１０から入力した吸気量Ｑ及び過給圧センサ１１から入力した実過給圧Ｐb、アクセルポジションセンサ２２よりから入力したアクセル開度ＡＰＳ及びクランク角センサ４１から入力したクランク角の推移に基づいて計測されたエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、モータ５の目標回転速度Ｎcを演算する。更に、ＥＣＵ２０は、演算した目標回転速度Ｎcに基づいてモータ５を作動制御する。

図２は、モータ制御部３０におけるモータ５の目標回転速度Ｎcの演算手順を示すブロック図である。
図２に示すように、モータ制御部３０は、目標過給圧演算部３１、１次遅れ処理部３２（フィルタ手段）、基本目標回転速度演算部３３（目標回転速度演算手段）、フィードバック制御部３４(補正手段)と、を含んで構成されている。

目標過給圧演算部３１は、負荷としてアクセルポジションセンサ２２よりから入力したアクセル開度ＡＰＳと、クランク角センサ２１から入力したクランク角の推移から計測されたエンジン回転速度Ｎeとに基づいて、目標過給圧Ｐbtを演算する。目標過給圧Ｐbtの演算は、あらかじめ記憶したマップからアクセル開度ＡＰＳとエンジン回転速度Ｎeとの組み合わせに基づいて求められる。目標過給圧演算部３１では、容量を節約するために、マップ上の記憶データ数が抑えられている。目標過給圧演算部３１は、マップから読み出されたデータを補間処理して目標過給圧Ｐbtを求める。

１次遅れ処理部３２は、具体的には公知のＬＰＦ（ローパスフィルタ）であり、目標過給圧演算部３１において演算された目標過給圧Ｐbtを１次遅れ処理して出力する。１次遅れ処理は、例えば以下の（１）式によって行われる。
１次遅れ後の目標過給圧Ｐｂt（ｎ）＝前回の１次遅れ後の目標過給圧Ｐｂt（ｎ-1）×ＦＧ＋マップから読み出した目標過給圧Ｐｂt×（１−ＦＧ）・・・（１）
ＦＧは、フィルタゲインであり、例えば１．０以下に適宜設定される。

基本目標回転速度演算部３３は、１次遅れ処理部３２により１次遅れ処理された目標過給圧Ｐbtと、エアフローセンサ１０から入力した吸気量Ｑに基づいて基本目標回転速度Ｎcaを演算する。基本目標回転速度Ｎcaの演算は、あらかじめ記憶したマップから目標過給圧Ｐbtと吸気量Ｑとの組み合わせに基づいて読み出すことで行われる。
フィードバック制御部３４は、１次遅れ処理部３２により１次遅れ処理された目標過給圧Ｐbtと過給圧センサ１１から入力した実過給圧Ｐbとに基づいて、基本目標回転速度演算部３３において演算された基本目標回転速度Ｎcaを補正し、目標回転速度Ｎcを求める。詳しくは、目標過給圧Ｐbtと実過給圧Ｐbとの偏差ΔＰbを求め、この偏差を比例ゲインＫpを掛けて求めた値により、基本目標回転速度Ｎcaを比例補正する。更に、本実施形態では、目標過給圧Ｐbtと実過給圧Ｐbとの偏差ΔＰｂの積分値に基づき基本目標回転速度Ｎcaを積分補正するとともに、偏差ΔＰｂの微分値に基づき基本目標回転速度Ｎcaを微分補正する。

以上のように、モータ制御部３０において目標回転速度Ｎcを演算する際に、本実施形態ではアクセル開度ＡＰＳとエンジン回転速度Ｎeから演算した目標過給圧Ｐbtに対して１次遅れ処理をするので、例え目標過給圧演算部３１において演算した目標過給圧Ｐbtが変動しても、基本目標回転速度演算部３３に入力する目標過給圧Ｐbtの変動が抑制される。
ところで、電動過給機は、通常、エンジン回転速度Ｎe及び負荷に基づいて目標過給圧Ｐbtが設定される。このように設定するものにおいて、外的要因等何らかの原因でエンジン回転速度Ｎeが微少に変動した場合、これに伴い目標過給圧Ｐbtが変動するので、電動過給機の実過給圧が変動する。したがって、エンジントルクが変動して、エンジン回転速度Ｎeの変動が増幅してしまう虞がある。

これに対し、上記のように本実施形態では、目標過給圧Ｐbtに対して１次遅れ処理を施すことで、エンジン回転速度Ｎeが変動しても、目標過給圧Ｐbtの変動が抑制されるので、エンジントルクの変動を抑えることができる。よって、エンジン回転速度Ｎeの変動の増幅を防止することができるので、車両の前後振動、所謂サージやしゃくりの発生を防止することができる。
特に、本実施形態では、目標過給圧演算部３１におけるマップは、容量を抑制するためにデータ数が抑えられているので、入力信号の１つであるエンジン回転速度Ｎeが微少に変動すると、出力信号である目標過給圧Ｐbtの変動が大きくなる虞がある。しかしながら、このような場合でも本実施形態では目標過給圧Ｐbtの変動を確実に抑えることができる。また、目標過給圧演算部３１において、エンジン回転速度Ｎeの変化に対して目標過給圧Ｐbtの変化が大きく設定されているマップが使用されている場合でも、エンジン回転速度Ｎeの変動に対して目標過給圧Ｐbtの変動の増幅を防止することができる。

更に、目標過給圧Ｐbtに１次遅れ処理を施すことで例え実過給圧Ｐbと目標過給圧Ｐbtとに偏差ΔＰbが発生したとしても、基本目標回転速度演算部３３の後段に設けたフィードバック制御部３４によりこの偏差ΔＰbを無くすようにモータ５の目標回転速度Ｎcを設定するので、正確な過給圧制御を可能にすることができる。

なお、１次遅れ処理に関しては、本実施形態のように目標過給圧Ｐbtに対して行うだけではなく、例えばエンジン回転速度Ｎeや実過給圧Ｐbに対して１次遅れ処理を施す方法が考えられる。しかしながら、エンジン回転速度Ｎeに１次遅れ処理を施した場合には、例えばＣＶＴ車のように、エンジン回転速度Ｎeが一定になるように変速制御している場合には、エンジン回転速度Ｎeの変動が既に抑えられており、１次遅れ処理を施してもその効果が得られにくい。そして、例えエンジン回転速度Ｎeの変動がある程度抑えられたとしても、その後の目標過給圧演算部３１において、変動が増幅する虞があるので、本実施形態ほど過給圧の変動を抑制する効果が得られにくい。

一方、実過給圧Ｐbに対して１次遅れ処理を施す方法では、回転変動時の目標過給圧Ｐbtと実過給圧Ｐbとの偏差が減少してしまう。したがって、フィードバック制御の効果が減少し、制御精度が低下するとともに、フィードバック制御の比例ゲインＫpを設定することが困難となる。
これに対し、本実施形態では、目標過給圧Ｐbtに対して１次遅れ処理を施すことで、上記問題が発生せず、電動過給機２の作動制御の正確性を確保しつつ、電動過給機２の回転速度の変動を抑え、車両の前後振動を防止することができる。

更に、ＥＣＵ２０は、車両の走行速度を入力し、エンジンの実回転速度Ｎeの所定時間内の変動量が所定値より大きい場合には１次遅れ処理部３２における１次遅れ処理をせず、即ち定速走行時にのみ１次遅れ処理部３２において１次遅れ処理を施すようにする。これにより、定速走行時には確実に車両のサージ等を防止するとともに、車速変動時においては１次遅れ処理が施されず、応答性のよい過給圧制御が行われ、アクセル操作に対する応答性を向上させることができる。

１ エンジン
２ 電動過給機
５ モータ
１１ 過給圧センサ
２０ ＥＣＵ
３０ モータ制御部
３１ 目標過給圧演算部
３２ １次遅れ処理部
３３ 基本目標回転速度演算部
３４ フィードバック制御部

Claims (1)

1. 電動機によって駆動されたコンプレッサによりエンジンの吸気を過給する電動過給機と、
   前記電動機の目標回転速度を演算し、該目標回転速度に応じて前記電動機を作動制御する制御手段と、を備えた電動過給装置において、
   前記制御手段は、
   前記電動過給機の目標過給圧を求める目標過給圧演算手段と、
   前記目標過給圧演算手段により演算された目標過給圧を１次遅れ処理するフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段により１次遅れ処理された目標過給圧に基づいて前記電動機の目標回転速度を演算する目標回転速度演算手段と、を備え、
   前記フィルタ手段は、前記エンジンの実回転速度の所定時間内の変動量が所定値より大きい場合には、前記目標過給圧を１次遅れ処理させずに出力することを特徴とする電動過給装置。

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