JP5691400B2

JP5691400B2 - 過給制御装置

Info

Publication number: JP5691400B2
Application number: JP2010242482A
Authority: JP
Inventors: 朝幸伊藤; 知宏菅野; 義幸阿部; 飯島　章; 章飯島; 由加利水島; 治世木村; 功橘川; 直樹石橋; 翔吾坂下
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2030-10-28
Also published as: JP2012092782A

Description

本発明は、エンジンへの吸気を過給する過給制御装置に関するものである。

一般にエンジンは出力やトルクを上げると排気温度も上がるが、排気温度が過度に高温になった場合、エンジンシステムの劣化やさまざまな環境下で耐久性の問題が生じる。

ゆえに、排気温度はいかなる状況下でも排気温度の限界を超えないように設定されている。

なお、エンジンには、組立てのバラツキ、部品のバラツキ、センサのバラツキ等があるため、バラツキによる悪条件が重なった場合でも必要な耐久性を得られるように排気温度の限界は低めに設定されている。

特開２００６−１７７１７１号公報特開平８−１８２３８２号公報

ところで、本発明者は、排気ガスの状態を制御することで、エンジンの燃費、出力、トルク、耐久性等のパフォーマンスを更に向上できることを見出した。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、エンジンのパフォーマンスを向上できる過給制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、エンジンに設けられ過給または制動回生可能な電動ターボチャージャと、該電動ターボチャージャを制御する制御部と、エンジン回転数と燃料流量の内の少なくとも一つと排気ガスの空燃比の目標値との関係を第一のマップとして記憶すると共にエンジン回転数と燃料噴射量とブースト圧と吸入空気量と水温と外気温と油温と燃料噴射タイミングの内の少なくとも一つと、エンジン回転数から推定される現在の排気ガスの空燃比である推定値との関係を第二のマップとして記憶する記憶部とを備え、前記制御部は、前記記憶部の前記第二のマップから空燃比の推定値を読み取った後に、前記記憶部の前記第一のマップから空燃比の目標値を読み取り、前記推定値が前記目標値より低いとき前記電動ターボチャージャを駆動してブースト圧を上げ、前記推定値が前記目標値より高いとき前記電動ターボチャージャで制動回生させてブースト圧を下げるように構成されたものである。

本発明によれば、エンジンのパフォーマンスを向上できる。

図１はエンジンと過給制御装置の説明図である。図２は過給制御を示す流れ図である。

図１に示すように、過給制御装置２は、エンジン１に設けられ排気ガスからのエネルギーで過給、または制動回生可能な電動ターボチャージャ３と、電動ターボチャージャ３を制御する制御部４と、制御部４にエンジン１等の各種情報を提供するための記憶部６と、制御部４に接続されエンジン回転数を検出する回転数センサ５と、制御部４に接続されブースト圧（過給圧）を検出する吸気圧センサ（ＭＡＰセンサ：マニフォールドプレッシャセンサ）７と、制御部４に接続され吸入空気量を検出する吸入空気量センサ（ＭＡＦセンサ：マスエアフローセンサ）８と、制御部４に接続されエンジン冷却水の水温を検出する水温センサ９と、制御部４に接続され外気温を検出する外気温センサ１０と、制御部４に接続されエンジンオイルの油温を検出する油温センサ２５とを備える。

エンジン１はディーゼルエンジンからなり車両（図示せず）に搭載されている。エンジン１は、エンジン本体１ａに吸気ガスを供給する吸気通路１１を有すると共に、排気ガスを排出する排気通路１２を有する。

電動ターボチャージャ３は、排気通路１２に設けられ排気ガスにより回転駆動されるタービン１３と、吸気通路１１に設けられタービン１３からの駆動力で吸気ガスを加圧するコンプレッサ１４と、タービン１３の動力をコンプレッサ１４に伝達するタービン軸１５と、タービン軸１５を回転駆動し、またはタービン軸１５からの動力で発電するモータジェネレータ１６とを備える。モータジェネレータ１６には、その出力を調節するためのインバータＩＶが接続されており、インバータＩＶには、放電可能かつ充電可能な電源としてのバッテリ（リチウムイオン電池等）ＢＴが接続されると共に制御部４が接続されている。制御部４は、インバータＩＶを介して電動ターボチャージャ３のモータジェネレータ１６を制御するようになっている。

コンプレッサ１４より下流の吸気通路１１には、インタークーラー１７が設けられている。また、タービン１３よりも上流の排気通路１２とコンプレッサ１４よりも下流の吸気通路１１とには、排気ガスを吸気側に還流するためのＥＧＲ装置１８が設けられている。ＥＧＲ装置１８は、吸気通路１１と排気通路１２を接続するＥＧＲ通路１９と、ＥＧＲ通路１９に設けられ排気通路１２から吸気側に還流する排気ガスの量を調節するためのＥＧＲバルブ２０と、ＥＧＲバルブ２０より下流のＥＧＲ通路１９に設けられたＥＧＲクーラー２１とを備える。

回転数センサ５は、エンジン１に設けられており、検出したエンジン回転数を制御部４に電気信号として出力するようになっている。

吸気圧センサ７は、吸気通路１１の吸気マニフォールド２２に設けられおり、検出した吸気圧を制御部４に電気信号として出力するようになっている。

吸入空気量センサ８は、コンプレッサ１４より上流の吸気通路１１に設けられており、検出した吸入空気量を制御部４に電気信号として出力するようになっている。

水温センサ９は、エンジン１に設けられており、検出した水温を制御部４に電気信号として出力するようになっている。

油温センサ２５は、エンジン１に設けられており、検出した油温を制御部４に電気信号として出力するようになっている。

制御部４と記憶部６は、ＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）２３に形成されている。

記憶部６は、エンジン回転数と燃料流量と排気ガスの空燃比の目標値との関係を第一のマップ（図示せず）として記憶すると共に、エンジン回転数と燃料噴射量とブースト圧と吸入空気量と水温と外気温と油温と燃料噴射タイミングと排気ガスの空燃比の推定値との関係を第二のマップ（図示せず）として記憶している。特に第一のマップ中の空燃比の目標値は、エンジン回転数及び燃料流量に応じた理想的な空燃比であり、エンジンの運転状態に応じた最適な空燃比である。また、第二のマップ中の空燃比の推定値は、エンジン回転数と燃料噴射量とブースト圧と吸入空気量と水温と外気温と油温と燃料噴射タイミングとから推定される現在の空燃比である。

制御部４は、記憶部６の第一のマップから空燃比の目標値を読み取ると共に、記憶部６の第二のマップから空燃比の推定値を読み取り、この推定値が前記目標値より低いとき電動ターボチャージャ３を駆動してブースト圧を上げ、前記推定値が前記目標値より高いとき電動ターボチャージャ３で制動回生させてブースト圧を下げるように構成されている。

次に過給制御とその作用について説明する。

図２に示すように、ステップＳ１にて、エンジン駆動中、制御部４は、エンジン回転数、ブースト圧、吸入空気量、水温、外気温及び油温のそれぞれを対応するセンサ５、７、８、９、１０、２５から取得すると共に、記憶部６から燃料噴射量と燃料噴射タイミングを取得し、これらエンジン回転数と燃料噴射量とブースト圧と吸入空気量と水温と外気温と油温と燃料噴射タイミングとに基づいて記憶部６の第二のマップから排気ガスの空燃比の推定値（推定λ値）を読み取る。なお、記憶部６に記憶された燃料噴射量と燃料噴射タイミングは、ＥＣＭ２３の別の制御部（例えば燃料噴射を制御する制御部等）にてエンジン回転数やアクセル開度等から算出されたものであり、逐次更新されている。

ステップＳ２にて、制御部４は、エンジン運転条件（エンジン回転数、トルク（アクセル開度））で決まる燃料流量を取得し、この燃料流量とステップＳ１にて読み取ったエンジン回転数とに基づいて記憶部６の第一のマップから空燃比の目標値（設定λ値）を読み取り、前記推定値と前記目標値を比較する。推定値が目標値より低い場合、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３にて、制御部４は、インバータＩＶを介して電動ターボチャージャ３を駆動するように制御してブースト圧を上げる。排気ガスの空燃比は上がり、前記目標値に近づく。制御部４は、推定値が目標値以上になるまで電動ターボチャージャ３を駆動させ続ける。これにより、空燃比は最適化され、燃焼効率が向上し、エンジン１の出力、トルク、燃費、耐久性等のパフォーマンスが向上する。

ステップＳ２にて推定値が目標値より高い場合、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４にて、制御部４は、インバータＩＶを介して電動ターボチャージャ３を制御して電動ターボチャージャ３で制動回生させる。すなわち、電動ターボチャージャ３のモータジェネレータ１６で発電すると共に、その電気をバッテリＢＴに充電することでタービン１３及びコンプレッサ１４を制動する。排気ガスの空燃比は下がり、前記目標値に近づく。制御部４は、推定値が目標値以下になるまで電動ターボチャージャ３で制動回生し続ける。これにより、無駄な過給を防止できると共に排気ガスから無駄なエネルギを回収でき、エンジン１のパフォーマンスを向上できる。

このように、過給制御装置２が、エンジン１に設けられ過給または制動回生可能な電動ターボチャージャ３と、電動ターボチャージャ３を制御する制御部４と、エンジン回転数と燃料流量と排気ガスの空燃比の目標値との関係を第一のマップとして記憶すると共にエンジン回転数と燃料噴射量とブースト圧と吸入空気量と水温と外気温と油温と燃料噴射タイミングと排気ガスの空燃比の推定値との関係を第二のマップとして記憶する記憶部６とを備え、制御部４は、記憶部６の第一のマップから空燃比の目標値を読み取ると共に記憶部６の第二のマップから空燃比の推定値を読み取り、この推定値が前記目標値より低いとき電動ターボチャージャ３を駆動してブースト圧を上げ、推定値が目標値より高いとき電動ターボチャージャ３で制動回生させてブースト圧を下げるように構成されるものとしたため、排気ガスの空燃比を最適化でき、燃焼効率を向上でき、排気ガスから無駄なエネルギを回収でき、エンジン１のパフォーマンスを向上できる。また、各種部品のバラツキとは無関係に空燃比を最適化でき、エンジン１のパフォーマンスを最大に生かすことができる。

また、制御部４に燃料流量センサを接続し、この燃料流量センサで検出される燃料流量を用いて記憶部６の第一のマップから空燃比の目標値（設定λ値）を読み取るものとしてもよい。精度向上を図ることができる。

１エンジン
２過給制御装置
３電動ターボチャージャ
４制御部
５回転数センサ
６記憶部
７吸気圧センサ
８吸入空気量センサ
９水温センサ
１０外気温センサ
２５油温センサ

Claims

エンジンに設けられ過給または制動回生可能な電動ターボチャージャと、該電動ターボチャージャを制御する制御部と、エンジン回転数と燃料流量の内の少なくとも一つと排気ガスの空燃比の目標値との関係を第一のマップとして記憶すると共にエンジン回転数と燃料噴射量とブースト圧と吸入空気量と水温と外気温と油温と燃料噴射タイミングの内の少なくとも一つと、エンジン回転数から推定される現在の排気ガスの空燃比である推定値との関係を第二のマップとして記憶する記憶部とを備え、前記制御部は、前記記憶部の前記第二のマップから空燃比の推定値を読み取った後に、前記記憶部の前記第一のマップから空燃比の目標値を読み取り、前記推定値が前記目標値より低いとき前記電動ターボチャージャを駆動してブースト圧を上げ、前記推定値が前記目標値より高いとき前記電動ターボチャージャで制動回生させてブースト圧を下げるように構成されたことを特徴とする過給制御装置。