JP6410212B2 - ターボ過給機付きエンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ターボ過給機付きエンジンの制御装置に関する。

従来から、エンジンの排気系統に設けられたタービンと、エンジンの吸気系統に設けられ、タービンと連結されたコンプレッサとを備えるターボ過給機を適用したエンジンが知られている。ターボ過給機は、エンジン排気によってタービンを回転駆動させることにより、吸気側のコンプレッサを駆動させ、吸気側に所定の吸気圧を発生させ、これにより、エンジンに流入させる気体を加圧させる。また、ターボ過給機は、排気系統側において、コンプレッサを迂回してエンジン排気を下流側に流すためのバイパス通路を備えており、バイパス通路に設けられたウェイストゲート弁を開閉制御することにより、コンプレッサ側に流れる気体の量を制御するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−２４６８００号公報

ところで、一般的なエンジンシステムでは、排気系統のさらに下流側には、排気を浄化する各種触媒が設けられており、触媒のさらに下流側には、排気系統の騒音を低減するための排気サイレンサが設けられている。排気騒音には排気脈動に起因する１ｋＨｚ未満の低・中周波数領域の騒音と排気気流音に起因する１ｋＨｚ以上の高周波数領域の騒音が存在し、低・中周波数領域の消音性能は排気サイレンサの容量が大きいほどよくなる。

しかしながら、車両に搭載する場合、レイアウトの関係等から排気サイレンサの消音要求から求められる容量に設定できないことが多々ある。一方、排気サイレンサの容量を増大させる代わりに排気管長を長くしたり、絞りを加えることでも排気脈動に起因する低・中周波数領域の騒音は低減できるが、このような構成を採用すると、排気気流音に起因する高周波数領域の消音性能が低下したり、排気抵抗の増大により出力が低下したりする。排気脈動に起因する低・中周波数領域の騒音としては、所定負荷以上の運転状態からの減速時に、タービンをバイパスした排気脈動により排気管が振動して発生する音がある。

そこで本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、排気脈動に起因する排気騒音、特に、減速時にタービンをバイパスした排気脈動によって生じる低・中周波数領域の排気騒音の発生を抑制することができる、エンジン制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、エンジンの吸気系統に設けられたコンプレッサ、及び当該コンプレッサに連結され前記エンジンの排気系統に設けられたタービンを備えるターボ過給機を有するエンジンと、前記排気系統において、前記タービンを迂回するバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するウェイストゲート弁とを備え、前記ウェイストゲート弁は、前記ターボ過給機の過給運転領域においては閉弁し、かつ車両の減速時に、前記ターボ過給機の過給運転領域から非過給運転領域に移行する際に開弁するように制御されるターボ過給機付きエンジンの制御装置であって、車両の減速時に、前記ターボ過給機の過給運転領域から非過給運転領域に移行する際に、前記ウェイストゲート弁を開弁し、この後に、前記エンジンの負荷が、所定の第１の負荷よりも高い状態から、当該第１の負荷以下の第２の負荷よりも低い状態まで低下した場合、開弁状態にある前記ウェイストゲート弁を閉弁する。

このように構成された発明によれば、前記ウェイストゲート弁を、ターボ過給機の過給運転領域においては閉弁させるように制御し、車両の減速時に、ターボ過給機の過給運転領域から非過給運転領域に移行する際には、開弁するように制御することができる。そして、車両の減速時に、ターボ過給機の過給運転領域から非過給運転領域に移行する際であっても、エンジンの負荷が大幅に低下したとき、即ちエンジンの負荷が、所定の第１の負荷よりも高い状態から、当該第１の負荷以下の第２の負荷よりも低い状態まで低下したときには、上記開弁する制御に関わらず、ウェイストゲート弁を閉弁することができる。そして、車両の減速時に、ターボ過給機の過給運転領域から非過給運転領域に移行する際であっても、エンジンの負荷が大幅に低下したときに、ウェイストゲート弁を閉弁することにより、エンジンからの排気がバイパス通路に流れ込むのを防止し、排気をタービンに向けて流すことができる。これにより、エンジンの負荷が大幅に低下したときに生じる排気脈動が、バイパス通路を通じて下流側のマフラーに伝達されるのを防止することができる。これにより、車両の減速時であって、エンジンの負荷が大幅に低下したときに生じる低音の発生を抑制することができる。

以上のように、本発明によれば、排気脈動に起因する排気騒音、特に、減速時にタービンをバイパスした排気脈動によって生じる低・中周波数領域の排気騒音の発生を抑制することができる。

本発明の実施形態による制御装置が搭載されたエンジンシステムの構成図である。 本発明の実施形態による制御装置の動作を示すフロー図である。 本発明の実施形態による制御装置が使用するグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置について説明する。

図１に示すように、エンジンシステム１００は、主に、外部から導入された吸気（空気）が通過する吸気通路１０と、この吸気通路１０から供給された吸気と、後述する燃料噴射弁２３から供給された燃料との混合気を燃焼させて車両の動力を発生するエンジン２０（例えばガソリンエンジン）と、このエンジン２０内の燃焼により発生した排気ガスを排出する排気通路３０とを有する。

吸気通路１０には、上流側から順に、外部から導入された吸気を浄化するエアクリーナー２と、通過する吸気を圧縮して吸気圧力を上昇させる、ターボ過給機４のコンプレッサ４ａと、通過する吸気を冷却するインタークーラ９と、通過する吸気量を調整するスロットルバルブ１１と、エンジン２０に供給する吸気を一時的に蓄えるサージタンク１３と、が設けられている。

また、吸気通路１０には、ターボ過給機４のコンプレッサ４ａを迂回して吸気を流すエアバイパス通路６が設けられている。具体的には、エアバイパス通路６は、一端がコンプレッサ４ａの下流側で且つスロットルバルブ１１の上流側の吸気通路１０に接続され、他端がコンプレッサ４ａの上流側の吸気通路１０に接続されている。また、このエアバイパス通路６上には、エアバイパス通路６を流れる吸気を制御するエアバイパスバルブ７が設けられている。

エンジン２０は、主に、吸気通路１０から供給された吸気を燃焼室２１内に導入する吸気バルブ２２と、燃焼室２１に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２３と、燃焼室２１内に供給された吸気と燃料との混合気に点火する点火プラグ２４と、燃焼室２１内での混合気の燃焼により往復運動するピストン２７と、ピストン２７の往復運動により回転されるクランクシャフト２８と、燃焼室２１内での混合気の燃焼により発生した排気ガスを排気通路３０へ排出する排気バルブ２９とを有する。

排気通路３０には、上流側から順に、通過する排気ガスによって回転され、この回転によって上記したようにコンプレッサ４ａを駆動する、ターボ過給機４のタービン４ｂと、排気通路３０内で生じた異音を処理するための排気サイレンサ３８と、が設けられている。また、図示は省略するが、ターボ過給機４と、排気サイレンサ３８との間には、例えばＮＯｘ触媒や三元触媒や酸化触媒などの、排気ガスの浄化機能を有する排気浄化触媒が設けられている。

また、排気通路３０には、ターボ過給機４のタービン４ｂを迂回して排気ガスを流すタービンバイパス通路３５が設けられている。タービンバイパス通路３５は、排気通路３０のタービン４ｂ上流側と、タービン４ｂ下流側とを、タービン４ｂを迂回して連結する通路である。そして、タービンバイパス通路３５上には、タービンバイパス通路３５を流れる排気ガスを制御するウェイストゲート弁３６が設けられている。ウェイストゲート弁３６は、ＥＣＵ（図示せず）による制御のもと、タービンバイパス通路３５を遮断し、又は排気通路３０のタービン４ｂ上流側と下流側とを、タービン４ｂを介さずに連結するように開閉する。

図２は、制御装置の動作を示すフロー図である。図２に示すフローの処理は、エンジンの始動と共に開始し、エンジン停止まで繰り返し実行される。

一連の処理が開始すると、ステップＳ１において制御装置は、ターボ過給機４が、非過給運転領域に移行したか否かを判断する。ターボ過給機４が非過給運転領域に移行する場合としては、エンジン２０への吸気量が低下する車両の減速時がある。そして、ＥＣＵが、ターボ過給機４が非過給運転領域に移行したと判断した場合、ステップＳ２以降の処理を実行する。

ステップＳ２において制御装置は、ウェイストゲート弁３６を開弁する。ＥＣＵの制御によってウェイストゲート弁３６を開弁することにより、タービンバイパス通路３５が開通し、これにより、タービン４ｂを迂回する排気通路が確立される。そして、これにより、エンジン２０からの排気が、タービン４ｂを通過せずに排気通路３０下流側に流れる。また、これにより、タービン４ｂは、実質的に停止され、タービン４ｂに連結されたコンプレッサ４ａも実質的に停止される。

次に、ステップＳ３において制御装置は、エンジン負荷が、第１の負荷から低下したか否かを判断する。第１の負荷とは、予め決定されＥＣＵに格納された値である。

図３は、エンジン負荷、エンジン回転数、及びウェイストゲート弁の開閉状態の関係を示す表であり、上記ステップＳ３の処理を行う際に、ＥＣＵによって読み出されるものである。そして、第１の負荷とは、エンジン回転数毎に決定されたエンジン負荷の値であり、エンジン回転数が高くなるにつれて第１の負荷の値も高くなっている。なお、図３では、線Ｌ１によってエンジン回転数に応じた第１の負荷を示している。そしてＥＣＵは、エンジン回転数を参照し、ターボ過給器４の運転状態が非過給運転領域に移行した際に、エンジン負荷が、第１の負荷から低下したか否かを判断する。なお、エンジン負荷が第１の負荷から低下したか否かを判断するためには、前提として、ターボ過給器４の運転状態が非過給運転領域に移行した際にエンジン負荷が第１の負荷以上であったことが必須であり、ステップＳ３における処理は、実質的に、ターボ過給器４の運転状態が非過給運転領域に移行した際にエンジン負荷が第１の負荷以上であったか否かに関する判断を含んでいる。

そして、ターボ過給器４の運転状態が非過給運転領域に移行した際に、エンジン負荷が、第１の負荷から低下したと判断された場合には、ステップＳ４において制御装置は、エンジン負荷が、第２の負荷よりも低下したか否かを判断する。第２の負荷も、第１の負荷と同様に、エンジン回転数に応じて予め決定された値であり、エンジン回転数に応じて高い値を示す。なお、図３では、線Ｌ２によってエンジン回転数に応じた値として示されている。ここで線Ｌ２は、減速燃料カットラインに近接したラインであり、したがって第２の負荷よりも低い領域は、減速燃料カット領域、アイドル領域を含む軽負荷以下の領域である。そして、ステップＳ４では、ターボ過給器４の運転状態が非過給運転領域に移行した際に、第１の負荷以上の値から、第１の負荷と第２の負荷との間の値に移行したと判断された場合（図３の矢印Ａ１によって示される変化が生じた場合）には、第２の負荷よりも低下していないと判断される。

一方で、ステップＳ４においてエンジン負荷が、第２の負荷よりも低下したと判断された場合（図３の矢印Ａ２によって示される変化が生じた場合）には、ステップＳ５において制御装置は、開弁状態のウェイストゲート弁３６を閉弁する。ウェイストゲート弁３６を閉弁することにより、タービンバイパス通路３５が遮断され、エンジン２０からの排気は、タービン４ｂの方向に流れるようになる。そして、ステップＳ３及びＳ４の条件を満たした場合にのみ、ウェイストゲート弁３６を閉弁することにより、排気脈動がタービンバイパス通路３５を通って排気サイレンサ３８に到達するのを防止することができる。また、この場合において、排気をタービン４ｂ側に向けて流すことにより、排気脈動はタービン４ｂによって吸収される。そして、ステップＳ３及びＳ４の条件を満たした場合には、エンジン２０からの排気流量がそれほど多くないため、タービン４ｂが駆動したとしてもコンプレッサ４ａの駆動量は少なく、吸気通路１０側の吸気圧が大幅に上昇することはない。

また、ステップＳ３及びステップＳ４において、それぞれのステップの条件が満たされていないと判断された場合には、ステップＳ６において制御装置は、通常のウェイストゲート弁３６の制御に従い、過給圧に応じたウェイストゲート弁３６の開閉を行う。

なお、上述したように、ステップＳ５においてウェイストゲート弁３６を閉弁する処理は、ステップＳ１、ステップＳ３及びステップＳ４の条件が満たされた場合に限られており、上述したように、例えば、ターボ過給器４の運転状態が非過給運転領域に移行した際に、エンジン負荷が第１の負荷以上でない場合や、ターボ過給器４の運転状態が非過給運転領域に移行した際にエンジン負荷が第１の負荷以上であったとしても、第２の負荷以下まで低下しなかった場合には、ウェイストゲート弁３６は閉弁されない。

以上のように、本実施形態によれば、ウェイストゲート弁３６を、ターボ過給機４の過給運転領域においては閉弁させるように制御し、車両の減速時に、ターボ過給機４の過給運転領域から非過給運転領域に移行する際には、開弁するように制御することができる。そして、車両の減速時に、ターボ過給機４の過給運転領域から非過給運転領域に移行する際であっても、エンジンの負荷が大幅に低下したとき、即ちエンジンの負荷が、所定の第１の負荷よりも高い状態から、第１の負荷以下の第２の負荷よりも低い状態まで低下したときには、上記開弁する制御に関わらず、ウェイストゲート弁３６を閉弁することができる。そして、車両の減速時に、ターボ過給機の過給運転領域から非過給運転領域に移行する際であっても、エンジンの負荷が大幅に低下したときに、ウェイストゲート弁３６を閉弁することにより、エンジン２０からの排気がタービンバイパス通路３５に流れ込むのを防止し、排気をタービン４ｂに向けて流すことができる。これにより、エンジン２０の負荷が大幅に低下したときに生じる排気脈動が、タービンバイパス通路３５を通じて下流側の排気サイレンサ３８に伝達されるのを防止することができる。これにより、車両の減速時であって、エンジンの負荷が大幅に低下したときに生じる低音の発生を抑制することができる。

４ ターボ過給機
４ｂ タービン
３５ タービンバイパス通路
３６ ウェイストゲート弁
３８ 排気サイレンサ

Claims (3)

1. エンジンの吸気系統に設けられたコンプレッサ、及び当該コンプレッサに連結され前記エンジンの排気系統に設けられたタービンを備えるターボ過給機を有するエンジンと、
   前記排気系統において、前記タービンを迂回するバイパス通路と、
   前記バイパス通路を開閉するウェイストゲート弁とを備え、
   前記ウェイストゲート弁は、前記ターボ過給機の過給運転領域においては閉弁し、かつ車両の減速時に、前記ターボ過給機の過給運転領域から非過給運転領域に移行する際に開弁するように制御されるターボ過給機付きエンジンの制御装置であって、
   車両の減速時に、前記ターボ過給機の過給運転領域から非過給運転領域に移行する際に、前記ウェイストゲート弁を開弁し、この後に、前記エンジンの負荷が、所定の第１の負荷よりも高い状態から、当該第１の負荷以下の第２の負荷よりも低い状態まで低下した場合、開弁状態にある前記ウェイストゲート弁を閉弁することを特徴とする、エンジンの制御装置。
2. 前記第１の負荷は、前記エンジンの回転数が高いほど、高くなる、請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 前記第２の負荷は、前記エンジンの回転数が高いほど、高くなる、請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。

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