JP5503673B2 - ウェイストゲート制御システムおよびその方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車に関し、特に、ウェイストゲート制御システムおよびウェイストゲートを制御する方法に関する。

ウェイストゲートを制御する方法は、これまでにも提案されてきた。シベリンスキーによる米国特許出願公開第２００６／０２３７２４７号明細書は、内燃機関を含むハイブリッド車両に関するものである。シベリンスキーは、バネ負荷リリーフ弁として実装することで、過給の出力を制限するウェイストゲートを教示している。さらに、シベリンスキー型のウェイストゲートは、全開位置と全閉位置との中間位置をとってもよい。シベリンスキーは、適切なセンサによって出力される大気圧信号に応答するようにウェイストゲートを調整する可能性を開示しており、高地であっても車両の性能を保証するのに十分な過給が出力されることを保証する。

バインジールトによる米国特許第７，１０４，３５２号明細書は、過給機関を備える雪上車のための給気冷却（インタクーラ）システムおよびその方法に関するものである。バインジールトは、タービンと連動するウェイストゲートを開示しており、給気圧が高くなりすぎると、タービンの排気バイパスを許容する。さらに、ウェイストゲートおよび噴射弁は、エンジン制御装置によって制御される。エンジン制御装置は、インタクーラ液位センサ、給気温度センサ、およびノックセンサからの入力データを利用し、また、エンジン制御装置への他の従来の入力データを利用する。

ハートマンによる米国特許第６，７７９，３４４号明細書は、ターボチャージャ付きスロットルエンジンの制御システムおよびその制御方法に関するものである。ハートマン型では、エンジン排気は、エンジンからターボチャージャタービンおよびウェイストゲートバルブへ流れ、排出される。ウェイストゲートは一定のアルゴリズムに従って制御される。そのアルゴリズムの一つのステップにおいて、所望の吸気圧が、より早いステップに従って検索される。所望の過給圧力値を与えると、別のステップにおいて所望のオフセット値が前記吸気圧に加算される。別のステップにおいて最大過給圧が計算される。ハートマンは、最大許容過給圧が、空気の流速および既知の記憶されたコンプレッサの特性を使用した既知の方法により計算されることを教示している。続いて、次のステップにおいて、最大過給圧が所望の過給圧と比較される。もし、所望の過給圧が最大過給圧よりも大きければ、所望の過給圧は最大過給圧と同じ値に再設定される。そうでなければ、所望の過給圧の値はそのままにする。別のステップにおいて、ウェイストゲートは所望の過給圧に従って制御される。

ウォンによる米国特許第６，６９４，２４２号明細書は、広帯域通信リンクにより接続された多重専用制御装置を持つ二元燃料エンジンに関するものである。ウォン型は、二元燃料モードまたはディーゼルオンリーモードで作動することができる二元燃料エンジンを示唆している。二元燃料制御装置およびディーゼル制御装置の両方は、さまざまな種類の入力データを受信する。ウォン型では、二元燃料制御装置は、ガス圧力センサおよびガス温度センサ、そして場合により他のセンサから信号を受信する。ディーゼル制御装置は、（二元燃料制御装置とも直接的に接続している）タイミング／速度センサおよびクランクシャフト速度／タイミングセンサから信号を受信する。ディーゼル制御装置は、さらに、過給圧センサ、吸気温度センサ、気圧センサ、油圧センサ、ディーゼル燃料温度センサ、周囲気温センサ、そして場合により他のセンサから信号を受信してもよい。

さまざまなセンサから受信した、および／または計算されたデータに基づいて、二元燃料制御装置は、ガス噴射装置、ガス遮断弁、ターボウェイストゲート制御弁に信号を送信する。また、ディーゼル制御装置は、さまざまなセンサから受信した信号、および二元燃料制御装置から受信した信号に従って動作する。

ツィマーによる米国特許第６，１３４，８８８号明細書は、ターボチャージャ制御管理システムに関するものである。ツィマーは、エンジン速度、エンジン負荷、周囲温度、および作動環境の気圧に応じて、バイパス弁およびウェイストゲートを制御することにより、少なくとも１つのターボチャージャを制御するために提供される内燃機関用の電子ターボチャージャ制御システムの使用を教示している。特に、ターボチャージャ制御モジュールは、吸気圧信号、エンジン速度信号、および周囲温度信号を含む複数のエンジン特性入力信号を持つ。これらの信号は、それぞれ吸気圧監視装置、エンジン速度監視装置、および周囲温度監視装置に従って決定される。これらの信号の特性値に基づいて、ウェイストゲートに対する所定の設定は、所定の設定の一群から選択される。

ハウツによる米国特許第５，９７４，８０１号明細書は、ターボチャージャ制御システムに関するものである。ハウツは、排気マニホールドとタービンセクションとの間に接続されており、エンジンにより排出される流体がタービンを迂回することを可能にする開位置と、エンジンにより排出される流体がタービンを迂回することを制限する閉位置との間で移動可能なウェイストゲートバルブを教示している。ハウツ型では、ウェイストゲートバルブの制御信号を決定するために使用されるセンサがいくつか含まれている。前記センサは、エンジン速度を検出するために使用されるクランクシャフトの速度を検出する第１の手段と、エンジンの過給圧を検出する第２の手段と、エンジンのラック位置を検出する第３の手段と、エンジン環境の気圧を検出する第４の手段とを含む。

エメンサールによる米国特許第４，３２２，９４８号明細書は、吸気マニホールド内の最大過給圧を発生する排気駆動ターボチャージャを備える内燃機関に関するものである。エメンサール型は、エンジンのノッキングを検出し、それに応じて弁を作動させてノッキングが弱まるように一時的に過給圧を減少させるノックセンサを含む。

従来技術は、ウェイストゲート制御装置と接続するいくつかのセンサの使用を教示しているが、欠点がいくつかある。従来技術は、ウェイストゲート制御装置と結合するスロットル角センサを利用していない。さらに、従来技術は、ウェイストゲート制御装置と接続する吸気湿度センサについて何ら言及していない。

米国特許出願公開第２００６／０２３７２４７号明細書 米国特許第７，１０４，３５２号明細書 米国特許第６，７７９，３４４号明細書 米国特許第６，６９４，２４２号明細書 米国特許第６，１３４，８８８号明細書 米国特許第５，９７４，８０１号明細書 米国特許第４，３２２，９４８号明細書

したがって、スロットル角センサおよび吸気湿度センサを利用するウェイストゲート制御システムに対する必要性が、当業界には存在する。

（要約）
ターボチャージャのウェイストゲートを制御する方法を提供する。一般的に、これらの方法は、自動車のエンジンと組み合わせて使用され得る。本発明は、自動車と組み合わせて使用され得る。明細書及び特許請求の範囲を通じて“自動車”という語は、１又は複数の乗員を運送することが可能であり、任意の動力源によって駆動されるあらゆる移動体を意味する。自動車という語は、乗用車、トラック、バン、ミニバン、ＳＵＶ、オートバイ、スクータ、ボート、個人用船舶及び航空機を含むが、これらに限定されない。

場合によっては、自動車は、１以上のエンジンを含む。明細書および特許請求の範囲を通じて“エンジン”という語は、エネルギを変換することができる任意の装置または機械を意味する。場合によっては、ポテンシャルエネルギは、運動エネルギに変換される。例えば、エネルギ変換は、燃料や燃料電池の化学的ポテンシャルエネルギが回転運動エネルギに変換されたり、または電気的ポテンシャルエネルギが回転運動エネルギに変換されたりする状況を含んでよい。また、エンジンは、運動エネルギをポテンシャルエネルギに変換する機能も含んでもよく、例えば、駆動系から得られる運動エネルギがポテンシャルエネルギに変換される回生制動システムを含むエンジンもある。また、エンジンは、太陽エネルギや核エネルギを別の種類のエネルギに変換する装置を含んでもよい。エンジンのいくつかの例として、内燃機関、電気モータ、太陽エネルギ変換器、タービン、原子力発電所、および２以上の異なる種類のエネルギ変換プロセスを組み合わせたハイブリッドシステムが含まれるが、これらに限定されない。

一態様において、本発明は、燃焼装置と結合しているウェイストゲート制御システムを提供するものであり、ウェイストゲートおよびスロットル角を測定するスロットル角センサと通信する制御部を備え、前記制御部は、前記スロットル角センサから受信した情報に従って前記ウェイストゲートを制御する。

他の態様において、前記制御部は、吸気温度センサと通信する。

他の態様において、前記制御部は、吸気湿度センサと通信する。

他の態様において、前記制御部は、エンジン速度センサと通信する。

他の態様において、前記制御部は、周囲圧力センサと通信する。

他の態様において、前記制御部は、点火時期センサと通信する。

他の態様において、前記制御部は、ノックセンサと通信する。

他の態様において、本発明は、燃焼装置と結合しているウェイストゲート制御システムであって、ウェイストゲートおよび吸気湿度センサと通信する制御部を備え、前記制御部は、前記吸気湿度センサから受信した情報に従って前記ウェイストゲートを制御する。

他の態様において、前記制御部は、吸気温度センサと通信する。

他の態様において、前記制御部は、スロットル角センサと通信する。

他の態様において、前記制御部は、エンジン速度センサと通信する。

他の態様において、前記制御部は、周囲圧力センサと通信する。

他の態様において、前記制御部は、点火時期センサと通信する。

他の態様において、前記制御部は、ノックセンサと通信する。

他の態様において、本発明は、クルーズモード中にウェイストゲートを制御する方法を提供するものであり、スロットル角センサから情報を受信し、現在クルーズ条件に関する情報を受信し、前記現在クルーズ条件を維持するために必要な動力を決定し、前記必要な動力を供給するために要求される吸気量を選択し、前記ウェイストゲートを制御して前記選択された吸気量を実現する。

他の態様において、前記現在クルーズ条件は、現在車両速度を含む。

他の態様において、スロットル角を全開位置に設定する。

他の態様において、エンジン速度センサから現在エンジン速度を受信する。

他の態様において、前記現在エンジン速度を使用して現在クルーズ条件を維持するために必要な動力を決定する。

他の態様において、本発明は、ウェイストゲートを制御する方法を提供するものであり、吸気湿度センサから情報を受信し、点火時期遅延を解消するのに必要な要求過給圧を決定し、前記ウェイストゲートを制御して前記要求過給圧を実現する。

他の態様において、吸気温度センサから情報を受信する。

他の態様において、前記吸気温度センサから受信した情報および前記吸気湿度センサから受信した情報を使用して前記点火時期遅延を解消するのに必要な前記要求過給圧を決定する。

他の態様において、点火時期センサから情報を受信する。

他の態様において、前記点火時期センサから受信した情報に従って現在点火時期遅延を決定する。

他の態様において、本発明は、ウェイストゲートを制御する方法を提供するものであり、点火時期センサ、エンジン速度センサ、吸気温度センサ、および吸気湿度センサを含む複数のセンサから燃焼装置に関係する情報を受信し、前記点火時期センサおよび前記エンジン速度センサから得られた情報を使用して最大動力を実現する第１の過給圧を計算し、前記吸気温度センサおよび前記吸気湿度センサから得られた情報を使用して最大動力を実現する第２の過給圧を計算し、前記第１の過給圧と前記第２の過給圧とを比較し、前記第１の過給圧および前記第２の過給圧のうち小さいほうである最小過給圧を選択し、前記ウェイストゲートを制御して前記最小過給圧を実現する。

他の態様において、前記複数のセンサは、スロットル角センサを含む。

他の態様において、前記スロットル角センサから情報を受信する。

他の態様において、エンジンがクルーズモード中であるときはいつでも前記スロットル角センサから受信した情報に従って前記ウェイストゲートを制御する。

他の態様において、前記複数のセンサは、ノックセンサを含む。

他の態様において、前記ノックセンサにより受信した情報に従って前記ウェイストゲートを制御する。

他の態様において、エンジンが、前記ノックセンサから受信した情報により判定される際、ノッキングによる制限をうける領域内に含まれていないと判定されたときはいつでも最大許容過給圧に従って前記ウェイストゲートを制御する。

後記する図面及び詳細な記述を参照すれば、当業者には、本発明の他のシステム、方法、特徴及び利点が明らかになるであろう。このような追加的なシステム、方法、特徴及び利点は、当該明細書及び当該要約に含まれ、本発明の範囲内であり、後記する特許請求の範囲によって保護されている。

後記する図面及び明細書を参照すれば、本発明はよりよく理解され得る。図内の構成要素は、必ずしも同縮尺で描かれておらず、本発明の原理を例示するために強調して配置されることもある。さらに、記載される図が別であっても、対応する部分には同じ参照番号が振られている。

ターボチャージャ付きのエンジンシステムの実施形態の概略図である。 周囲圧力センサを使用してウェイストゲートを制御する処理のフローチャートの実施形態である。 許容過給圧と高度との関係を示すグラフの実施形態である。 ノックセンサを使用してウェイストゲートを制御する処理のフローチャートの実施形態である。 スロットル角センサを使用してウェイストゲートを制御する処理のフローチャートの実施形態である。 スロットル角センサを使用してウェイストゲートを制御する処理のフローチャートの実施形態である。 点火時期と過給圧との関係を示すグラフの実施形態である。 点火時期センサを使用してウェイストゲートを制御する処理のフローチャートの実施形態である。 吸気条件に従ってウェイストゲートを制御する処理のフローチャートの実施形態である。 多数のセンサが感知した情報に従ってウェイストゲートを制御する処理のフローチャートの実施形態である。

図１は、自動車１０１の実施形態の概略図である。当然のことながら、ここで挙げた実施形態は、自動車１０１が機能するのに必要なすべての構成要素を説明することを目的としたわけではない。代わりに、図１の自動車１０１の実施形態は、自動車１０１のいくつかの構成要素、特に、動力の発生に関係する構成要素、および特に、エンジンと典型的に関わる構成要素を説明することを目的としているにすぎない。

自動車１０１は、燃焼装置１０２を含んでもよい。説明を明瞭にするため、燃焼装置１０２は、エンジンの一部として図１に示している。一般的に、燃焼装置１０２は、任意の種類のエンジンであってもよい。実施形態によっては、燃焼装置１０２は、複合発電システムであってもよい。さらに、燃焼装置１０２は、多数のエンジンから構成してもよい。

自動車１０１は、インタクーラ１１５と結合していてもよい。インタクーラ１１５は、任意の種類のインタクーラであってよく、トップマウントインタクーラ、フロントマウントインタクーラ、およびＶマウントインタクーラを含むが、これらに限定されない。他の実施形態では、インタクーラ１１５は、別の種類のインタクーラであってもよい。実施形態によっては、ウェイストゲート制御システム１００は、インタクーラ１１５を含まずに、インタクーラと異なる種類の熱交換器を含んでもよい。

自動車１０１は、さらに、ターボチャージャ１５０を備えてもよい。ターボチャージャ１５０は、タービン１５２およびコンプレッサ１５４を含んでもよい。ターボチャージャ１５０は、任意の種類のターボチャージャであってよい。実施形態によっては、ターボチャージャ１５０は、スーパチャージャでもよい。

ここに記載された構成を使用すると、燃焼装置１０２、インタクーラ１１５、およびターボチャージャ１５０は、連動して動作し、自動車１０１内部での動力の生産を促進することができる。本実施形態では、空気は、一般的に、さまざまな構成要素１０２、１１５、１５０をそれぞれ通過して流れることにより、燃焼装置１０２内部の燃料の燃焼を促進する。一般的に、構成要素１０２、１１５、１５０をまとめて動力システム１０３と呼ぶ。実施形態によっては、動力システム１０３は、構成要素１０２、１１５、１５０の間の空気の交換を促進する付加的な構成要素を含んでもよい。

動力システム１０３を通過する空気の流れの実施形態を簡単に説明すると次のとおりである。一般的に、空気は、ターボチャージャ１５０の空気吸気口１５６を通って動力システム１０３に入る。この外気は、コンプレッサ１５４によって圧縮され、第１ホーシング１７２を経由してインタクーラ１１５に送り込まれる。その空気は、インタクーラ１１５を通過した後、スロットル本体１１８および吸気マニホールド１０６内を進む。スロットル本体１１８は、吸気マニホールド１０６に流れる空気の流量を制御するスロットル弁１２０を含む。最後に、空気は、吸気マニホールド１０６に到達するとすぐに、燃焼装置１０２の吸気ポート１７４に入る。空気は、燃焼装置１０２に入ると、燃料噴射装置からの燃料と混合する。

燃焼装置１０２の反対側では、排気ガスは、排気ポート１７６を通して排気され、第２ホーシング１７８を進み、ターボチャージャ１５０へ運ばれる。この時点で、排気ガスはターボチャージャ１５０内のタービン１５２を駆動し、同時にコンプレッサ１５４を回転させる。空気がターボチャージャ１５０の空気吸気口１５６に導入されると、その空気は圧縮され、第１ホーシング１７２にフィードバックされ、循環を再び繰り返す。また、タービン１５２を駆動する排気ガスは、最終的にターボチャージャ１５０の排気ポート１５８から排気される。

ターボチャージャ１５０は、タービン１５２に導入される排気ガスの量を減少させる機能を含んでもよい。本実施形態では、ターボチャージャ１５０は、ウェイストゲート１６０を含む。ウェイストゲート１６０は、開いたり閉じたりすることで、タービン１５２で受ける排気ガスの量を調節する。タービン１５２に導入される排気ガスの量が減少すると、タービン１５２およびコンプレッサ１５４は回転が遅くなり、コンプレッサ１５４の下流側の過給圧が減少する。同様に、タービン１５２で受ける排気ガスの量が増大すると、タービン１５２およびコンプレッサ１５４は回転が速くなり、コンプレッサ１５４の下流側の過給圧が増大する。

実施形態によっては、動力システム１０３は、制御部１３０を含んでもよい。制御部１３０は、ウェイストゲート１６０を制御する一種のコンピュータであってもよい。ある実施形態では、制御部１３０は、ウェイストゲート１６０のための機能を含んでもよい。以下の詳細な説明を通じて、ウェイストゲート制御システム１００は、制御部１３０、ウェイストゲート１６０、および例えばさまざまなセンサを含む、ウェイストゲート１６０の作動を促進する任意の他の機能をまとめて指す。

実施形態によっては、例えば、ウェイストゲート制御システム１００は、吸気マニホールド１０６の内部にある空気および燃焼装置１０２に入ってきた空気の温度および／または湿度を決定する機能を含んでもよい。実施形態によっては、吸気マニホールド１０６は、さまざまなセンサを含んでもよい。ある実施形態では、吸気マニホールド１０６は、自身に関係する温度を決定するための機能を含んでもよい。また、吸気マニホールド１０６は、自身に関係する湿度を決定するための機能を含んでもよい。

吸気マニホールド１０６は、吸気温度センサ１１２を含んでもよい。実施形態によっては、吸気温度センサ１１２は、吸気マニホールド１０６の内部に配置されてもよい。一般的に、吸気温度センサ１１２は、吸気マニホールド１０６の内部にある空気の温度を測定する任意の装置であってもよい。実施形態によっては、吸気マニホールド１０６は、吸気湿度センサ１１４を含んでもよい。吸気湿度センサ１１４は、吸気マニホールド１０６の内部に配置されてもよい。

ウェイストゲート制御システム１００は、さらにスロットル本体１１８の現在作動パラメータを決定するための機能を含んでもよい。スロットル本体１１８は、スロットル弁１２０を含んでもよい。スロットル弁１２０は、開いたり閉じたりすることで、吸気マニホールド１０６に流れる空気の流速を変更することができる。ある実施形態では、スロットル本体１１８は、スロットル角センサ１２１を含む。スロットル角センサ１２１は、初期位置から測定したときのスロットル弁１２０の角度を測定する。

実施形態によっては、ウェイストゲート制御システム１００は、燃焼装置１０２に関係するさまざまなパラメータを測定する機能を含んでもよい。場合によっては、現在エンジン速度を知ることが重要である。実施形態によっては、ウェイストゲート制御システム１００は、エンジン速度センサ１２５を含んでもよい。エンジン速度センサ１２５は、燃焼装置１０２と結合していてもよい。図示するために、エンジン速度センサ１２５は、燃焼装置１０２に隣接して配置されている。しかしながら、エンジン速度センサ１２５は、本図では示されていない、燃焼装置１０２の一部に配置されてもよい。ある実施形態では、エンジン速度センサ１２５は、クランクシャフトセンサであってもよい。

場合によっては、現在の点火時期およびノックレベルを含む、燃焼装置１０２の作動条件に関係する他のパラメータを決定することが重要である。ウェイストゲート制御システム１００は、点火時期センサ１３１およびノックセンサ１３３を含んでもよい。センサ１３１、１３３を使用することで、ウェイストゲート制御システム１００は、燃焼装置１０２のさまざまな作動条件に対して応答することができる。

さらに、ウェイストゲート制御システム１００は、動力システム１０３の外側の周囲圧力を測定するための機能を含んでもよい。ウェイストゲート制御システム１００は、周囲圧力センサ１２７を含んでもよい。実施形態によっては、周囲圧力センサ１２７は、ターボチャージャ１５０の付近に配置したり、周囲圧力を測定するのに適した位置に配置したりしてもよい。他の実施形態では、周囲圧力センサ１２７は、自動車１０１のどこにでも配置してよい。

制御部１３０は、ウェイストゲート１６０、周囲圧力センサ１２７、スロットル角センサ１２１、エンジン速度センサ１２５、点火時期センサ１３１、ノックセンサ１３３、吸気温度センサ１１２、および吸気湿度センサ１１４と通信可能になっている。実施形態によっては、制御部１３０は、電気的な接続部を使用することでさまざまな装置と通信してもよい。具体的には、制御部１３０は、第１の接続部１３２によりウェイストゲート１６０と接続していてもよい。同様にして、制御部１３０は、以下のセンサ、つまり、第２の接続部１３４により周囲圧力センサ１２７と、第３の接続部１３６により吸気温度センサ１１２と、第４の接続部１３７により吸気湿度センサ１１４と、第５の接続部１３８によりスロットル角センサ１２１と、第６の接続部１４０により点火時期センサ１３１と、第７の接続部１４２によりエンジン速度センサ１２５と、第８の接続部１４４によりノックセンサ１３３と接続していてもよい。これらのさまざまな接続部は、電気的、光学的、または無線であることもあり得る。

既に述べたとおり、ウェイストゲート１６０は、コンプレッサ１５４の下流側の過給圧を調節するために制御される。一つまたは複数のセンサ１１２、１１４、１２１、１２５、１２７、１３１、１３３と接続されている制御部１３０を使用してウェイストゲート１６０を制御するさまざまな方法は、本実施形態の残り部分で説明する。特に、ウェイストゲート制御システム１００は、動力システム１０３の現在作動条件に依存する特別なセンサからの情報を使用してウェイストゲート１６０を制御する。

一実施形態では、ウェイストゲート制御システム１００は、直接的に互いに関連している周囲圧力および／または高度の変化に応じてウェイストゲート１６０を制御してもよい。一般的に、高地で作動するエンジンは、低地で作動するエンジンと比べてノッキングがあまり発生しない。ノッキングがあまり頻繁に起こらない作動条件では、動力システム１０３内で過給圧を増大させ、より大きな動力を実現してもよい。したがって、ウェイストゲート制御システム１００は、高度が上がると過給圧を増大させるための機能を含んでもよい。同様に、ノッキングが発生する作動条件では、過給圧が減少すると一般的にノッキングの頻度が少なくなるので、ウェイストゲート制御システム１００は、高度が下がると過給圧を減少するための機能を含んでもよい。

図２および図３を参照すると、制御部１３０は、周囲圧力に従ってウェイストゲート１６０を制御する。フローチャート２００は、周囲圧力に従ってウェイストゲート１６０を制御する方法の一実施形態である。第１のステップ２０２において、制御部１３０は、周囲圧力センサ１２７により測定される現在周囲圧力を決定する。周囲圧力は、高度と直接的に関係するので、現在高度を推定するのに使用することができる。第２のステップ２０４において、制御部１３０は、現在高度に従って許容過給圧を選択する。

図３は、さまざまな高度に対する許容過給圧を決定するために使用されるグラフ３００の実施形態である。特に、プロット線３０２で示されるとおり、厳密な比例関係を示すわけではないものの、高度が上がると許容過給圧が増大する。周囲圧力の測定から決定された現在高度を示す値を入力することにより、制御部１３０は、同様の形式のグラフや表から許容過給圧を決定してもよい。当然のことながら、グラフ３００は、高度と許容過給圧との間にある所定の関係を示すために作られているにすぎない。他の実施形態では、高度とともに許容過給圧が増大するという一般的な傾向は依然としてそのままであっても、プロット線３０２は、異なる形状にしてもよい。

続いて、第３のステップ２０６において、制御部１３０は、既に選択された許容過給圧に従ってウェイストゲート１６０を制御する。つまり、制御部１３０は、タービン１５２で受けるべき空気の量を計算して、コンプレッサ１５４を経由する許容過給圧を実現する。制御部１３０は、前記計算された空気量を使用して、ウェイストゲート１６０を開いたり閉じたりすることで、タービン１５２付近のターボチャージャ１５０内の空気量を増大させたり減少させたりする。このような調整を行うことで、動力システム１０３は、燃焼装置１０２がノッキングにより制限を受けない、より高い高度条件でも通常より大きい動力を発生させることができる。

ウェイストゲート制御システム１００は、過給圧を調節する追加の機能を含んでもよく、どのような作動条件下であってもノッキングが起こるときは必ず、燃料装置１０２でのノッキングを低減または除去する。一般的には、既に述べたとおり、過給圧が減少させると、燃料装置１０２内で起こるノッキングの程度は減少する。

図４は、燃料装置１０２で起こったノッキングの大きさに従ってウェイストゲート１６０を制御する方法のフローチャート４００の実施形態である。第１のステップ４０２において、制御部１３０は、ノックセンサ１３３により受信した情報に従って現在ノックレベルを決定する。次に、第２のステップ４０４において、制御部１３０は、現在ノックレベルを閾値と比較して現在ノックレベルが許容できるものか否かを判定する。もし、現在ノックレベルが許容できるものであれば、制御部１３０は、第３のステップ４０６に進み、現在過給圧が維持される。この時点では、第４のステップ４０８において、制御部１３０は、ウェイストゲート１６０を制御して現在過給圧を維持する。

もし、第２のステップ４０４において、現在ノックレベルが閾値を超えるとき、つまり、現在ノックレベルが許容でないとき、制御部１３０は、第５のステップ４１０に進む。第５のステップ４１０において、制御部１３０は、現在過給圧を下げる。ステップ４１０の後、ステップ４０８において、制御部１３０は、ウェイストゲート１６０を適宜調節して現在過給圧を下げる。この方法を用いることにより、さまざまな作動条件下において、燃料装置１０２内のノッキングの大きさが低減または除去することができる。

実施形態によっては、ウェイストゲート制御システム１００は、ウェイストゲート１６０を経由する過給圧を調節する機能を含み、現在動力要求に応えるようにしてもよい。このことは、動力システム１０３内のさまざまな構成要素間の距離および加圧された空気がこれらのさまざまな構成要素間を巡回するのにかかる時間のために、運転手のアクセルの踏み込みからエンジンが応答するまで遅延が生じるターボチャージャ付きエンジンシステムにおいて特に重要である。この遅延時間を短くするために、動力システム１０３、特にターボチャージャ１５０は、動力システム１０３内の空気がさまざまな構成要素をそれぞれ一通り巡回し終える前に動力要求に応答してもよい。

現在動力要求は、例えば、スロットル弁の角度を考慮して決定される。より大きなスロットル角は、より大きな動力要求に対応し、したがって、前記したより大きな動力要求を満たすために、より大きな過給圧が供給される。同様にして、より小さなスロットル角は、より小さな動力要求に対応し、したがって、前記したより小さな動力要求を満たすために、より小さな過給圧が供給される。

図５は、現在スロットル角に従ってウェイストゲート１６０を制御する処理のフローチャート５００の実施形態である。第１のステップ５０２において、制御部１３０は、スロットル角センサ１２１により受信した情報から現在スロットル角を決定する。ステップ５０２の後、第２のステップ５０４において、制御部１３０は、決定したスロットル角に従ってエンジンの動力要求を予測する。次に、第３のステップ５０６において、制御部１３０は、現在動力要求を満たすのに必要な要求過給圧を計算する。最後に、第４のステップ５０８において、制御部１３０は、ウェイストゲート１６０を制御して計算された要求過給圧を実現する。

他の実施形態では、ウェイストゲート制御システム１００は、クルーズモードに関係する条件に応答するようにウェイストゲート１６０を制御することもあり得る（クルーズコントロール）。一般的には、クルーズモードでは、スロットル弁１２０を使用して吸気マニホールド１０６に流入した空気量を制御することで、一定の車両速度が運転手により設定され、制御部１３０により維持される。しかしながら、実施形態によっては、ウェイストゲート制御システム１００は、過給圧を調節してクルーズモード中の一定速度を維持する機能を含んでもよい。とりわけ、スロットル弁１２０を使用して吸気マニホールド１０６に流入した空気量を修正するのではなく、ウェイストゲート１６０を、要求過給圧を修正するために使用して、一定の車両速度を維持することができる。つまり、ウェイストゲート１６０は、吸気マニホールド１０６に流入する空気を‘絞る’ために効果的に使用され得る。そのような場合では、スロットル弁１２０は全開角度に設定され得る。

図６は、クルーズモード中の一定のクルーズ速度を維持するためにウェイストゲート１６０を制御する処理のフローチャート６００の実施形態である。第１のステップ６０２において、制御部１３０は、スロットル弁１２０を全開にする。ステップ６０２の後、第２のステップ６０４において、制御部１３０は、クルーズ条件のために設定された一定の車両速度を維持するために必要な動力を決定する。実施形態によっては、このステップは、エンジン速度センサ１２５により測定される現在エンジン速度からなされ得る。次に、第３のステップ６０６において、制御部１３０は、現在クルーズ速度を維持するための要求動力を供給するために必要な吸気量を計算する。最後に、第４のステップ６０８において、制御部１３０は、ウェイストゲート１６０を制御して、現在クルーズ速度を維持するための要求空気量を供給する。この開放スロットル構造を使用すると、ウェイストゲート制御システム１００は、ポンプ損失を低減または実質的に除去し、動力システム１０３の効率を上げることができる。

別の実施形態では、ウェイストゲート制御システム１００は、点火時期に応じてウェイストゲート１６０を制御し得る。一般的に、各エンジン速度およびエンジン負荷において、点火時期と過給圧との間には最適バランスが存在する。例えば、図７は、エンジンに一定の負荷をかけて１５００ＲＰＭで動かしたときの、点火時期と過給圧との間にある（線７０２により示される）最適関係を示すグラフ７００の実施形態を説明している。点火時期用の特定値が与えられると、グラフ７００を使用することで、対応する過給圧が見つかり、最大動力を実現する。

図８は、既知の点火時期、エンジン速度、およびエンジン負荷に対する最大動力を実現するためにウェイストゲート１６０を制御する処理のフローチャート８００の実施形態である。第１のステップ８０２において、制御部１３０は、点火時期センサ１３１を経由して受信した情報に従って現在点火時期値を決定する。ある実施形態では、エンジン速度および／またはエンジン負荷に関係する情報もまた、本ステップにおいて、エンジン速度センサ１２５および場合によっては他のセンサからの情報を受信することによって決定される。ステップ８０２の後第２のステップ８０４において、制御部１３０は、点火時期、エンジン速度および／またはエンジン負荷の現在値に基づいて、許容過給圧を選択する。制御部１３０は、例えば、グラフ７００に示された情報に類似した情報を含むルックアップテーブルを参照してもよい。最後に、最終ステップ８０６において、制御部１３０は、ウェイストゲート１６０を制御して、前段のステップ８０４にて決定された許容過給圧を実現する。

別の実施形態では、ウェイストゲート制御システム１００は、吸気条件に応じてウェイストゲート１６０を制御してもよい。ノッキングによる制限により不要な点火時期遅延が生じる場合がある。ウェイストゲート制御システム１００は、この不要な点火時期遅延を低減する機能を含んでもよい。場合によっては、ウェイストゲート制御システム１００は、吸気条件に関係する情報を使用して過給圧を修正することで、点火時期遅延を低減または実質的に解消してもよい。

図９は、点火時期遅延を低減または実質的に解消するためにウェイストゲート１６０を制御する処理のフローチャート９００の実施形態である。第１のステップ９０２において、制御部１３０は、吸気温度センサ１１２および吸気湿度センサ１１４から受信した情報に従って吸気温度および吸気湿度を決定する。ステップ９０２に続く第２のステップ９０４において、制御部１３０は、修正過給圧を計算して点火時期遅延を解消する。実施形態によっては、点火時期遅延は、制御部１３０により知られ得る。別の実施形態では、点火時期遅延は、点火時期センサ１３１を使用して決定され得る。最後に、第３の最終ステップ９０６において、制御部１３０は、ウェイストゲート１６０を制御して、前段のステップにて計算された修正過給圧を実現する。

前記実施形態は、１または場合によってはいくつかのセンサによって得られた情報を使用してウェイストゲート１６０を制御する、実行可能な方法または処理を実証する。実施形態によっては、これらのさまざまな方法または処理は、組み合わせたり、お互いに連動して使用したりすることもできる。後記する説明は、吸気温度センサ１１２、吸気湿度センサ１１４、スロットル角センサ１２１、エンジン速度センサ１２５、周囲圧力センサ１２７、点火時期センサ１３１、およびノックセンサ１３３を含む、これまでに説明したセンサのすべてからの情報を使用してウェイストゲート１６０を制御する方法または処理の実施形態に適用される。しかしながら、当然のことながら、これまでに説明した処理のおのおのからなる多くの他の実行可能な形態が、ウェイストゲート１６０を制御する別の処理または方法を創造するために組み合わされ得る。特に、異なる作動条件に依存してウェイストゲート１６０を制御するための異なる方法を使用することは、燃焼装置１０２の最大効率を実現することを促進するかもしれない。

図１０は、さまざまな作動条件下における燃焼装置１０２の最大効率を実現するためにウェイストゲート１６０を制御する処理のフローチャート１０００の実施形態である。ステップ１００２において、制御部１３０は、吸気温度センサ１１２、吸気湿度センサ１１４、スロットル角センサ１２１、エンジン速度センサ１２５、周囲圧力センサ１２７、点火時期センサ１３１、およびノックセンサ１３３を含む、さまざまなセンサに関係する情報を受信する。さらに、ステップ１００２において、制御部１３０は、エンジン負荷および現在車両速度に関係する情報、またはクルーズモード条件に関係する他の情報を含む、他の情報を受信する。ステップ１００２に続き、ステップ１００４において、制御部１３０は、燃焼装置１０２がノッキングによる制限を受ける領域内に含まれるか否か判定する。制御部１３０は、周囲圧力センサ１２７により受信した情報に基づいてこの判定を行ってもよい。すでに説明したとおり、その情報は、さらに高度情報に変換することができる。燃焼装置１０２がノッキングによる制限を受ける領域内に含まれていなければ、制御部１３０は、ステップ１００６に進む。ステップ１００６において、ウェイストゲート１６０を制御して、最大許容過給圧を実現する。場合によっては、最大許容過給圧は、インジェクタデューティ、駆動系上の制限および燃焼装置１０２に関係する他の制限を含むさまざまなパラメータによって制限してもよい。

ステップ１００４において、燃焼装置１０２がノッキングによる制限を受ける領域内に含まれていると判定したとき、制御部１３０は、ステップ１００８に進む。ステップ１００８において、制御部１３０は、自動車がクルーズモードで作動中であるか否か判定する。もし、エンジンがクルーズモードで作動中であれば、ステップ１０１０に進む。ステップ１０１０において、制御部１３０は、現在の、または事前に設定された車両速度を含む現在クルーズ条件を維持するのに必要な吸気量を計算する。このステップの後、ステップ１０１２において、制御部１３０は、スロットル弁１２０を全開位置に設定して、ウェイストゲート１６０を制御して、ステップ１０１０で計算した必要吸気量を実現する。

ステップ１００８において、自動車がクルーズモードでないと判定したとき、制御部１３０は、ステップ１０１４およびステップ１０１６に同時に進む。ステップ１０１４において、制御部１３０は、現在点火時期値、エンジン速度、およびエンジン負荷に従って第１の過給圧を決定する。現在点火時期値は、ステップ１００２の点火時期センサ１３１から受信される。同様にして、エンジン速度値は、ステップ１００２のエンジン速度センサ１２５から受信される。エンジン負荷は、同様に他のセンサからの情報を使用して決定してもよい。ステップ１０１６において、制御部１３０は、吸気温度センサ１１２および吸気湿度センサ１１４からそれぞれ受信される吸気温度および吸気湿度に従って第２の過給圧を計算する。

最後に、ステップ１０１４およびステップ１０１６の両方の後、制御部１３０は、最後のステップ１０１８に進む。ステップ１０１８において、制御部１３０は、ステップ１０１４で決定した第１の過給圧と、ステップ１０１６で決定した第２の過給圧とを比較する。そのとき制御部１３０は、これらの２つの値のうち小さいほうを選択し、ウェイストゲート１６０を制御して、この選択した過給圧を実現する。

ウェイストゲート１６０を制御する方法を使用すると、動力システム１０３は、現在作動条件に対する最大動力を実現することができる。

本発明の様々な実施形態が記述されてきたが、これらの記述は、本発明を限定するものではなく、本発明の例示にすぎない。本発明の範囲内で、多くの実施形態および実装が可能であることが、当業者には明らかである。したがって、添付される特許請求の範囲およびその均等物に限定して本発明を解釈するべきではない。また、添付される特許請求の範囲の範囲内で、様々な修正及び変更が可能である。

１００ ウェイストゲート制御システム
１０１ 自動車
１０２ 燃焼装置
１０３ 動力システム
１０６ 吸気マニホールド
１１２ 吸気温度センサ
１１４ 吸気湿度センサ
１１５ インタクーラ
１１８ スロットル本体
１２０ スロットル弁
１２１ スロットル角センサ
１２５ エンジン速度センサ
１２７ 周囲圧力センサ
１３０ 制御部
１３１ 点火時期センサ
１３２ 第１の接続部
１３３ ノックセンサ
１３４ 第２の接続部
１３６ 第３の接続部
１３７ 第４の接続部
１３８ 第５の接続部
１４０ 第６の接続部
１４２ 第７の接続部
１４４ 第８の接続部
１５０ ターボチャージャ
１５２ タービン
１５４ コンプレッサ
１５６ 空気吸気口
１６０ ウェイストゲート
１７２ 第１ホーシング
１７４ 吸気ポート
１７６ 排気ポート
１７８ 第２ホーシング

Claims (11)

1. 自動車内のエンジンの燃焼装置と結合しているウェイストゲートを制御するためのウェイストゲート制御システムであって、
   ウェイストゲートと、吸気温度センサと、吸気湿度センサと、点火時期センサと、エンジン速度センサと、車両速度およびクルーズモードのうちの少なくとも１つを検知するセンサとの、それぞれと通信する制御部を備え、
   前記制御部は、前記車両速度および前記クルーズモードのうちの少なくとも１つを検知する前記センサから受信した情報に基づいて前記自動車が一定クルーズ条件にないと判定すると、前記制御部は、
   前記点火時期センサおよび前記エンジン速度センサから得られる情報を使用して最大動力を実現する第１の過給圧を計算し、
   前記吸気温度センサおよび前記吸気湿度センサから得られる情報を使用して最大動力を実現する第２の過給圧を計算し、
   前記制御部は、前記第１の過給圧および前記第２の過給圧のうちより小さい過給圧になるように前記ウェイストゲートを制御する
   ことを特徴とするウェイストゲート制御システム。
2. 前記制御部は、さらに、スロットル角センサと通信する
   ことを特徴とする請求項１に記載のウェイストゲート制御システム。
3. 前記制御部は、さらに、周囲圧力センサと通信する
   ことを特徴とする請求項１に記載のウェイストゲート制御システム。
4. 前記制御部は、さらに、ノックセンサと通信する
   ことを特徴とする請求項１に記載のウェイストゲート制御システム。
5. 自動車内のエンジンの燃焼装置と結合しているウェイストゲートを制御する方法であって、
   点火時期センサと、エンジン速度センサと、吸気温度センサと、車両速度およびクルーズモードのうちの少なくとも１つを検知するセンサと、吸気湿度センサと、を含む複数のセンサから、前記自動車内のエンジンの燃焼装置に関係する情報を受信し、
   前記車両速度および前記クルーズモードのうちの少なくとも１つを検知する前記センサから、現在クルーズ条件に関する情報を受信し、
   前記自動車が一定クルーズ条件にあるか否かを判定し、
   前記自動車が前記一定クルーズ条件にないときには、前記方法は、さらに、
   前記点火時期センサおよび前記エンジン速度センサから得られる情報を使用して最大動力を実現する第１の過給圧を計算し、
   前記吸気温度センサおよび前記吸気湿度センサから得られる情報を使用して最大動力を実現する第２の過給圧を計算し、
   前記第１の過給圧と前記第２の過給圧とを比較し、前記第１の過給圧および前記第２の過給圧のうちより小さい過給圧である最小過給圧を選択し、
   前記最小過給圧になるように前記ウェイストゲートを制御する、
   ことを特徴とする方法。
6. 前記複数のセンサは、スロットル角センサを含む
   ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記スロットル角センサから情報を受信する
   ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. エンジンが前記クルーズモード中であるときはいつでも前記スロットル角センサから受信した情報に従って前記ウェイストゲートを制御する
   ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記複数のセンサは、ノックセンサを含む
   ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
10. 前記ノックセンサにより受信した情報に従って前記ウェイストゲートを制御する
    ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. エンジンが、前記ノックセンサから受信した情報により判定される際、ノッキングによる制限をうける領域内に含まれていないと判定されたときはいつでも最大許容過給圧に従って前記ウェイストゲートを制御する
    ことを特徴とする請求項９に記載の方法。

Images