JP6123684B2 - 過給機付きエンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、過給機付きエンジンの制御装置に関する。

自動車等の車両に搭載されるエンジンとして、燃料の燃焼によって動力を発生するエンジンから排出される排気ガスの運動エネルギにより駆動され、かつ、エンジンの吸入空気量を増加させる過給機を備えたものが実用化されている。

こうしたエンジンでは、出力トルクの上昇が過給圧の上昇と関係しており、出力トルクを上昇すべくスロットルバルブを開いたとしても、それに伴う過給圧の上昇には遅れが生じることから、出力トルクを速やかに上昇させることは困難になる。

このため、加速時の過給圧の上昇遅れに起因して発生するトルク段差を抑制するように、過給立ち上がり前より出力トルクを予め抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−０１４２８１号公報

しかしながら、上述のような従来の過給機付きエンジンの制御装置にあっては、過給立ち上がり前より出力トルクを抑制するため、出力トルクの上昇が停滞し、加速の応答性が悪くドライバに違和感を与える虞があるという問題があった。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、過給圧の上昇遅れに起因するトルク段差の発生を抑制し、ドライバに違和感を与えることを低減することができ、しかも、出力トルクの上昇が停滞してしまうことを抑制し、加速の応答性を向上することができる過給機付きエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる過給機付きエンジンの制御装置は、上記目的達成のため、燃料の燃焼によって動力を発生するエンジンから排出される排気ガスの運動エネルギにより駆動され、かつ、前記エンジンの吸入空気量を増加させる過給機を備えるエンジンの制御装置であって、要求駆動力が実駆動力に対して上昇側に乖離し、かつ、実駆動力の変化量が所定値以上となったことを条件として、要求駆動力を一旦下げてから一定の勾配で増加させ、その一定の勾配で増加させた要求駆動力が実駆動力に対してその後上昇側に乖離し、かつ、実駆動力の変化量が所定値以上となったことを条件として、実駆動力に基づいて要求駆動力を設定するよう構成する。

本発明によれば、要求駆動力が実駆動力に対して上昇側に乖離し、かつ、実駆動力（推定）の変化量が所定値以上となった場合には、要求駆動力を一旦下げてから一定の勾配で増加させる。このため、加速初期の応答性を確保しつつ、要求駆動力を下げる前の実駆動力の変化量も考慮することとなり、過給圧の上昇遅れに起因するトルク段差の発生を抑制し、ドライバに違和感を与えることを低減することができる。

さらに、要求駆動力を一旦下げた後に一定の勾配で要求駆動力を増加させたときに、再び要求駆動力が実駆動力に対して上昇側に乖離し、かつ、実駆動力の変化量が所定値以上となった場合には、実駆動力（推定）に基づいて要求駆動力を設定するので、要求駆動力を一定の勾配で増加させても実駆動力が追従しない場合に実駆動力が停滞してしまうことを抑制することができ、加速の応答性を向上することができる。

本発明によれば、過給圧の上昇遅れに起因するトルク段差の発生を抑制し、ドライバに違和感を与えることを低減することができ、しかも、出力トルクの上昇が停滞してしまうことを抑制し、加速の応答性を向上することができる過給機付きエンジンの制御装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る過給機付きエンジンの制御装置を示すエンジンの概略の説明図である。 本発明の実施の形態に係る過給機付きエンジンの制御装置における作用を示し、（Ａ）は補正駆動力制御Ｐ１のみを実行した場合の要求駆動力と実駆動力（推定）との関係を示すグラフ図、（Ｂ）は補正駆動力制御Ｐ１を実行した後に最終要求駆動力制御Ｐ２を実行した場合の要求駆動力と実駆動力（推定）との関係を示すグラフ図である。 本発明の実施の形態に係る過給機付きエンジンの制御装置におけるトルク制限処理を実行する手順を示すフロー図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、車両に搭載されるエンジン１は、複数の燃焼室２に接続した吸気通路３と、吸気通路３にコンプレッサホイール４ａを設けた過給機（ターボチャージャ）４と、吸気通路３における燃焼室２よりも上流側に設けたスロットルバルブ５と、を備える。

また、エンジン１は、吸気通路３を通過した空気の量に対応した量の燃料を各燃焼室２に噴射供給する燃料噴射弁６と、燃焼室２の下流側にて燃焼室２で燃焼した後の排気を送り出す排気通路７と、排気通路７に設けてエンジン１の過給圧を可変とするためのウェイストゲートバルブ８と、排気経路７に設けた過給機４のタービンホイール４ｂの上流側と下流側とを迂回するように排気通路７に接続したバイパス通路９と、を備える。

また、エンジン１を搭載する車両は、エンジン１の各種制御を行うための電子制御装置２１を備える。電子制御装置２１は、詳細な構成を示す図を省略するが、各種制御に係る演算処理を実行するＣＰＵと、その制御に必要なプログラムやデータを記憶したＲＯＭと、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するＲＡＭと、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等を備える。

電子制御装置２１の入力ポートには、例えば、車両の走行速度、すなわち、車速を検出する車速センサ２２と、スロットルバルブ５のスロットル開度を検出するスロットルポジションセンサ２３と、車両の運転者によって操作されるアクセルペダル３０のアクセル操作量を検出するアクセルポジションセンサ２４と、吸気通路３を通過する空気の量を検出するエアフローメータ２５と、吸気通路３におけるスロットルバルブ５の下流側の圧力（過給圧）を検出する圧力センサ２６と、エンジン１のクランクシャフト２０の回転速度を検出するためのクランクポジションセンサ２７と、を接続している。

電子制御装置２１の出力ポートには、図示を省略するが、各種駆動回路、例えば、燃料噴射弁６の駆動回路、スロットルバルブ５の駆動回路、ウェイストゲートバルブ８の駆動回路等が接続されている。

上記の構成において、エンジン１は、全ての燃焼室２に、吸気通路３を通過した空気が供給されるとともに、その空気の量に対応した量の燃料を燃料噴射弁６から噴射供給する。そして、エンジン１は、各燃焼室２における燃料の燃焼によって駆動し、それに伴いエンジン１の出力軸であるクランクシャフト２０を回転させる。

また、エンジン１は、燃焼室２に供給する空気の量を多くするとともに、それに対応して燃焼室２に供給する燃料の量を多くすることによって出力トルクを大きくすることができる。

一方、燃焼室２で燃料が燃焼した後の排気は排気通路７に排出する。そして、排気通路７を流れる排気は、タービンホイール４ｂを通過するときにタービンホイール４ｂを回転させるとともに同軸のコンプレッサホイール４ａも併せて回転させる。このコンプレッサホイール４ａの回転を通じて燃焼室２に対する空気の過給を行い、燃焼室２に供給可能な燃料及び空気の量を多くし易くすることで、エンジン１の出力トルクを速やかに上昇させることが可能になる。

電子制御装置２１は、入力ポートを介して各種センサ類２２〜２７から取得した検出信号に基づきエンジン回転速度及びエンジン負荷、すなわち、エンジン１の１サイクル当たりに燃焼室２に吸入する空気の量といったエンジン１の運転状態を把握する。なお、エンジン回転速度は、クランクポジションセンサ２７からの検出信号に基づき求める。また、エンジン負荷は、エンジン回転速度と、スロットルポジションセンサ２３、アクセルポジションセンサ２４、エアフローメータ２５等の検出信号に基づくエンジン１の吸入空気量と、から算出される。

また、電子制御装置２１は、エンジン回転速度やエンジン負荷といったエンジン１の運転状態に応じで出力ポートに接続された各種駆動回路に指令信号を出力する。電子制御装置２１は、こうしてエンジン１における燃料噴射量制御、スロットルバルブ５の開度制御、及びウェイストゲートバルブ８の開度制御等を実施する。

さらに、電子制御装置２１は、通常時においては、車速センサ２２で検出した車速及びアクセルポジションセンサ２４で検出したアクセル操作量等に基づきエンジン１に対する出力トルクの要求値を求める。そのうえで、電子制御装置２１は、その出力トルクの要求値に基づきエンジン１の出力トルクの目標値としてのドライバ目標駆動力（要求駆動力）を設定する。

電子制御装置２１は、こうして設定したドライバ目標駆動力に向けてエンジン１の出力トルクが調整されるよう、エンジン１の過給圧及びスロットルバルブ５の開度を制御する。このときの電子制御装置２１は、エンジン１の出力トルクをドライバ目標駆動力に調整する。なお、エンジン１の過給圧の制御は、ウェイストゲートバルブ８の開度調節を通じて実現する。

運転者によるアクセル操作量の増大に伴ってエンジン１に対する出力トルクの要求値が大きくなると、それに併せてドライバ目標駆動力も大きくなる。このようにエンジン１に対する出力トルクの要求値が大きくなるにしたがってドライバ目標駆動力が大きくなると、その増大するドライバ目標駆動力に向けてのエンジン１の出力トルクの上昇が開始される。

詳しくは、過給圧の要求値が大きくなると、それに対応して過給圧を上昇させるべくウェイストゲートバルブ８の開度が減少値（例えば、全閉状態）に調節されるとともに、スロットルバルブ５の開度も大きくなる。

ただし、過給機４による空気の過給を受けるエンジン１においては、出力トルクの上昇を開始した直後から応答性よく過給圧を上昇させることは困難であった。例えば、出力トルクの上昇開始後にエンジン回転速度が上昇して排気の流量が多くなり、その後に急速に過給圧が上昇する傾向がある。

このため、スロットルバルブ５の開度を大きくすると、特に、その直後には燃焼室２に供給される空気がある程度は多くなるとともに、同空気の量に合わせて燃焼室２に供給される燃料もある程度は多くなる。

しかしながら、過給圧は直ちには上昇しないことから、上述したようにスロットルバルブ５の開度を大きくした直後に燃焼室２に供給される空気及び燃料がある程度多くなるが、その後、それら空気及び燃料は徐々にしか多くならない。

このため、燃焼室２内での燃料の燃焼に基づくエンジン１の出力トルクは、スロットルバルブ５の開度を大きくした直後から上昇した後、ある程度の期間で上昇が一時的に停滞する。

その後、燃焼室２内での燃料の燃焼によりエンジン回転速度が上昇してエンジン１の排気の流量が多くなると、その排気によって過給機４が駆動されて過給圧が急速に上昇する。

このように、過給圧が急速に上昇する状況下でスロットルバルブ５が開いた状態になると、燃焼室２に供給される空気及び燃料の量も急速に多くなり、同燃料の燃焼に基づくエンジン１の出力トルクが急上昇する。

こうした出力トルクの上昇が停滞した状態からの急上昇は、運転者に違和感を与える原因となる。

このことに対処するため、本実施の形態の電子制御装置２１は、図２（Ａ）に示すように、エンジン１の実際の出力トルクに相当する実駆動力（推定）に対してドライバ目標駆動力（要求駆動力）が上昇側に乖離し、かつ、要求動力の変化量が所定値以内に収まっていることを条件として、エンジン１の出力トルクの急上昇が開始される時点からの出力トルクの上昇勾配の制限を行う。すなわち、電子制御装置２１は、エンジン１の出力トルクの急上昇が開始される時点から出力トルクの上昇勾配を制限するトルク制限処理（補正駆動力制御Ｐ１）を実行する。

また、電子制御装置２１は、図２（Ａ）に示したトルク制限処理（補正駆動力制御Ｐ１）を実行したにも拘らず、その一定の勾配で増加させた要求駆動力が実駆動力に対してその後上昇側に乖離し、かつ、実駆動力（推定）の変化量が所定値以上となった場合には、図２（Ｂ）に示すように、実駆動力（推定）に基づいて要求駆動力を設定するための最終要求駆動力制御Ｐ２を実行する。

すなわち、図２（Ａ）に示すように、補正前駆動力制御Ｐ１では、例えば、予め設定したスイープ量を基準として上昇勾配を設定したにも拘らず、実駆動力（推定）の急増が予測された場合、エンジンが駆動力を発生できる状態になったはずである。これに対し、補正前駆動力制御Ｐ１を実施した後、要求駆動力に対して実駆動力が追従できず、要求駆動力と実駆動力との値に差が発生（乖離）した場合に、その差を埋める制御を実行してしまうと実駆動力が急上昇していわゆるジャーク（ターボフィーリング）の発生を抑制することができなくなってしまう。

そこで、このような再度の乖離が発生したことを条件として、電子制御装置２１は、図２（Ｂ）に示すように、ジャークの発生を抑制しつつ、出力トルクの上昇が停滞してしまうことを抑制するために、最終要求駆動力制御Ｐ２を実行する。

図３は、電子制御装置２１が実行する最終要求駆動力制御Ｐ２における制御ルーチンのフロー図である。

ステップＳ１において、電子制御装置２１は、上述した条件に基づいて補正駆動力制御Ｐ１を実行しているか否かを判定し、補正駆動力制御Ｐ１を実行している場合にはステップＳ２へと移行し、補正駆動力制御Ｐ１を実行していない場合にはこのステップＳ１を継続して監視する。

ステップＳ２において、電子制御装置２１は、エンジン１が一定時間先に出し得る最大トルク、すなわち、現在の制御状態で一定時間後にスロットル開度を全開にした時に出せるトルク（以下、『逐次最大トルク』と称する。）の推定値から算出した駆動力（以下、『逐次最大駆動力』と称する）と、一定の勾配で上がる要求駆動力との差を監視する。ここで、電子制御装置２１は、要求駆動力と逐次最大駆動力との差が所定値以上の場合には、ステップＳ３へと移行し、要求駆動力と逐次最大駆動力との差が所定値未満の場合にはステップＳ４へと移行する。

なお、このステップＳ４では、このルーチンの終了条件が成立しているか否かを監視し、例えば、制御の実行時間がタイムアウトした場合などの終了条件が成立している場合にはこのルーチンを終了し、成立していない場合にはステップＳ６へと移行する。

ステップＳ３において、電子制御装置２１は、逐次最大駆動力の変化量が所定値以上であるか否かを監視し、変化量が所定値以上の場合には再度の乖離が発生しているとしてステップＳ５へと移行し、変化量が所定値未満の場合にはステップＳ６へとスキップする。

ステップＳ５において、電子制御装置２１は、ステップＳ３及びステップＳ５により、最終要求駆動力制御Ｐ２を実行する条件が成立し、要求駆動力と実駆動力との乖離を解消するよう、出力トルクの初期値を算出するとともに、上述したＲＯＭ等に記憶したスイープ量設定マップを参照してスイープ量を算出し、ステップＳ６へと移行する。すなわち、電子制御装置２１は、上述した最終要求駆動力制御Ｐ２のうち、要求駆動力の下降下限値を初期値として設定する。

ステップＳ６において、電子制御装置２１は、補正駆動力、すなわち、実駆動力に基づいて要求駆動力を設定するための勾配を算出し、ステップＳ７へと移行する。なお、電子制御装置２１は、実際の出力トルクにより近い実駆動力（推定）に沿うように、勾配を算出するのが望ましい。

ステップＳ７において、電子制御装置２１は、エンジン１に対して算出した初期値並びに勾配で最終要求駆動力制御Ｐ２を実行し、以降、上記ルーチンを繰り返す。

なお、要求駆動力がドライバが要求する駆動力となったタイミングで、ステップＳ２の差が所定未満に収束していた場合、又は制御の実行時間がタイムアウトした場合、ステップＳ４により上記駆動力制御は終了する。

このように、実駆動力の追従性は、エンジン排気量や現在の状態（正常・異常の両方を含む）等の条件によっても異なるが、上記の制御を実行することによって、これらの条件の差異を吸収することが可能となり、汎用性が向上する。

なお、電子制御装置２１により、制御量に対してフィードバックを入れるということは一般的な技術であると思われるが、本実施の形態の電子制御装置２１は、そのフィードバックをするか否かを随時判断し、フィードバックが必要なときを限定して制御を実施する。

すなわち、本実施の形態の電子制御装置２１では、要求駆動力と逐次最大駆動力との差を参照し、これらが所定の条件となった時にフィードバックを行い、最終要求駆動力制御Ｐ２を実行する。これにより、例えば、アクセル開度が一定のときにおいても、必要なタイミングで制御することができる。

このように、本実施の形態において、電子制御装置２１は、エンジン１の実駆動力に対し要求駆動力が上昇側に乖離し、かつ、実駆動力の上昇が停滞している状態となったことを条件として、エンジン１の出力トルクの急上昇が開始される時点から出力トルクの上昇勾配を制限するトルク制限処理（補正前駆動力制御Ｐ１）を実行する。

その結果、エンジン１の出力トルクが徐々に上昇するため、出力トルクが上昇を開始して一旦停滞した状態から急上昇することを抑制でき、その出力トルクの上昇が停滞した状態からの急上昇に起因して運転者に違和感を与えることを抑制することができる。

また、エンジン１の出力トルクの上昇を開始した直後は、出力トルクが比較的速やかに上昇することから、運転者が出力トルク上昇のモタツキを感じることも抑制することができる。

これにより、エンジン１に対する出力トルクの要求値の増大直後における出力トルクの上昇のもたつきを抑制しつつ、過給圧が急速に上昇したときの出力トルクの上昇が停滞した状態からの急上昇によって運転者が違和感を感じることを抑制することができる。

さらに、本実施の形態において、電子制御装置２１は、補正前駆動力制御Ｐ１を実行したにも拘わらず、再度の乖離が発生したことを条件として、最終要求駆動力制御Ｐ２を実行することにより、ジャークの発生を抑制しつつ、出力トルクの上昇が停滞してしまうことを抑制することができる。

このように、本発明に係る過給機付きエンジンの制御装置は、燃料の燃焼によって動力を発生するエンジンから排出される排気ガスの運動エネルギにより駆動され、かつ、前記エンジンの吸入空気量を増加させる過給機を備えるエンジンの制御装置であって、要求駆動力が実駆動力に対して上昇側に乖離し、かつ、実駆動力の変化量が所定値以上となったことを条件として、要求駆動力を一旦下げてから一定の勾配で増加させる補正駆動力制御Ｐ１を実行し、その一定の勾配で増加させた要求駆動力が実駆動力に対してその後上昇側に乖離し、かつ、実駆動力の変化量が所定値以上となったことを条件として、実駆動力に基づいて要求駆動力を設定する最終要求駆動力制御Ｐ２を実行することにより、過給圧の上昇遅れに起因するトルク段差の発生を抑制し、ドライバに違和感を与えることを低減することができ、しかも、出力トルクの上昇が停滞してしまうことを抑制し、加速の応答性を向上することができる。

以上説明したように、本発明に係る過給機付きエンジンの制御装置は、過給圧の上昇遅れに起因するトルク段差の発生を抑制し、ドライバに違和感を与えることを低減することができ、しかも、出力トルクの上昇が停滞してしまうことを抑制し、加速の応答性を向上することができるという効果を有し、過給機付きエンジンの制御装置全般に有用である。

１…エンジン、２１…電子制御装置、Ｐ１…補正駆動力制御、Ｐ２…最終要求駆動力制御。

Claims (1)

1. 燃料の燃焼によって動力を発生するエンジンから排出される排気ガスの運動エネルギにより駆動され、かつ、前記エンジンの吸入空気量を増加させる過給機を備えるエンジンの制御装置であって、
   要求駆動力が実駆動力に対して上昇側に乖離し、かつ、実駆動力の変化量が所定値以上となったことを条件として、要求駆動力を一旦下げてから一定の勾配で増加させ、
   その一定の勾配で増加させた要求駆動力が実駆動力に対してその後上昇側に乖離し、かつ、実駆動力の変化量が所定値以上となったことを条件として、実駆動力に基づいて要求駆動力を設定することを特徴とする過給機付きエンジンの制御装置。

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