JP7230792B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に関する。
特許文献1には、二つの過給機のコンプレッサが並列に配置されている内燃機関が開示されている。この内燃機関では、一方の過給機のコンプレッサを通過した吸気と他方の過給機のコンプレッサを通過した吸気とが合流したあと、吸気が各気筒に導入されるように吸気通路が形成されている。吸気通路において吸気の合流点よりも下流側にスロットルバルブが設けられている。さらに、吸気通路においてコンプレッサよりも上流側の部分と下流側の部分とを接続するバイパスに配置されているエアバイパスバルブが、二つのコンプレッサについてそれぞれ設けられている。
特許文献1に開示されている制御装置は、コンプレッサを通過した吸気がコンプレッサ内を逆流する現象であるサージングの発生を抑制するため、内燃機関の運転状況がサージ発生領域であるときにエアバイパスバルブを開弁する制御を実施する。サージ発生領域は、大気圧に対する過給圧の比率である圧力比と、スロットルバルブを通過する空気量とに基づいて決定されている。
特開2015-209789号公報
特許文献1に開示されているような内燃機関では、スロットルバルブが閉弁しているとき、コンプレッサを通過した吸気が行き場を無くすため、一方のコンプレッサによって過給されてスロットルバルブ側に流れた吸気が他方のコンプレッサ側に逆流することがある。この場合、回転数の高い方のコンプレッサから回転数の低い方のコンプレッサに吸気が流れる。逆流の上流側となるコンプレッサでは、下流側のコンプレッサの方に向かって吸気を押し込むことに伴い下流側のコンプレッサよりも回転数が低下する。このように逆流の上流側となるコンプレッサの回転数が低下した結果、上流側となるコンプレッサの回転数と下流側となるコンプレッサの回転数との高低が逆転すると、吸気の逆流方向が反転する。吸気の逆流が収まるほどコンプレッサの回転数が低下するまでの間、逆流の反転が繰り返されることがある。
以下では、一方のコンプレッサと他方のコンプレッサとの間で吸気の逆流が繰り返されることを交互逆流現象という。交互逆流現象が発生していると、たとえば、エアフロメータの検出値が実際の吸入空気量の値から乖離するおそれがある。こうした交互逆流現象は、サージングが発生するような吸気の流勢が強いときではなく、圧力比が小さい領域やスロットルバルブを通過する空気量が少ない領域で発生する。エアバイパスバルブが開弁していればコンプレッサを通過した吸気を逃がすことができるため交互逆流現象を抑制できるが、特許文献1に開示されている制御装置では、圧力比が小さくスロットルバルブを通過する空気量が少ないときにはサージ発生領域外となるため、エアバイパスバルブは開弁されない。
上記課題を解決するための内燃機関の制御装置は、吸気通路に設けられているコンプレッサを備える第1過給機および第2過給機と、前記吸気通路において前記第1過給機のコンプレッサである第1コンプレッサを通過した吸気と前記第2過給機のコンプレッサである第2コンプレッサを通過した吸気とが合流する合流部と、前記吸気通路において吸気を気筒に導入する吸気マニホールドと、前記吸気通路において前記合流部と前記吸気マニホールドとを接続する合流吸気路と、前記合流吸気路に設けられているスロットルバルブと、前記吸気通路において前記第1コンプレッサよりも上流側の部分と前記第1コンプレッサよりも下流側の部分とを接続する第1バイパスと、前記吸気通路において前記第2コンプレッサよりも上流側の部分と前記第2コンプレッサよりも下流側の部分とを接続する第2バイパスと、前記第1バイパスおよび前記第2バイパスにそれぞれ設けられているエアバイパスバルブと、を有する内燃機関に適用され、前記内燃機関の目標トルクに基づいて前記スロットルバルブを介して吸入される吸気量の目標値として目標スロットル通過量を導出する吸気量導出部と、前記エアバイパスバルブの開弁条件が成立しているか否かを判定する開閉判定部と、前記開弁条件が成立しているときに前記エアバイパスバルブを開弁するABV制御部と、を備え、前記開閉判定部は、前記目標スロットル通過量の減少速度が規定の判定速度よりも速いときに前記開弁条件が成立していると判定することをその要旨とする。
上記構成において、目標スロットル通過量の減少速度が速いとき、すなわち、目標スロットル通過量が急激に減少するとき、スロットルバルブが閉じられる蓋然性が高い。上記構成によれば、スロットルバルブの閉弁によって第1コンプレッサおよび第2コンプレッサを通過した吸気の行き場が無くなる可能性があるときに、圧力比の大きさや目標スロットル通過量にかかわらず、エアバイパスバルブが開弁される。このため、圧力比が小さかったり目標スロットル通過量が少なかったりするときにも、エアバイパスバルブを開弁させることで、第1バイパスおよび第2バイパスを介して吸気を逃がすことができる。これによって、行き場を無くした吸気が回転数の高い方のコンプレッサから回転数の低い方のコンプレッサに流れることが起因となる交互逆流現象の発生を抑制できる。
内燃機関の制御装置の一例は、前記吸気通路における前記第1コンプレッサまたは前記第2コンプレッサよりも上流側の部分の圧力を管内圧として、前記吸気通路における前記第1コンプレッサおよび前記第2コンプレッサよりも下流側であり前記スロットルバルブよりも上流側の部分の圧力を過給圧として、前記管内圧に対する前記過給圧の比率を圧力比として導出する圧力比導出部を備え、前記開閉判定部は、前記開弁条件が成立しているか否かを判定する第1処理と、前記開弁条件を第1開弁条件とするとき前記エアバイパスバルブの第2開弁条件が成立しているか否かを判定する第2処理と、を実施し、該第2処理では、前記圧力比と前記目標スロットル通過量との関係からサージングの発生が予測される場合に前記第2開弁条件が成立していると判定し、前記ABV制御部は、前記第1開弁条件および前記第2開弁条件のうち少なくとも一方が成立しているときに前記エアバイパスバルブを開弁するものであり、前記開閉判定部は、前記圧力比が規定の判定圧力比以下であることを条件に、前記第1開弁条件が成立していると判定する。
上記構成では、エアバイパスバルブが開弁される条件として第1開弁条件と第2開弁条件とが設定されている。ここで、圧力比が小さいときには、サージングが発生しにくい一方で、交互逆流現象が発生しやすい。目標スロットル通過量の減少速度が速いときであり、且つ、圧力比が小さいときに第1開弁条件が成立していると判定されることで、交互逆流現象の発生が予測される場合にエアバイパスバルブを開弁することができる。このように、圧力比が小さいときに限って第1開弁条件が成立していると判定されることで、第1処理の結果としてエアバイパスバルブが開弁される運転状況を、より正確に交互逆流現象が発生する運転状況に限定することができ、エアバイパスバルブが不要に開弁されることを抑制できる。
内燃機関の制御装置の一例は、前記スロットルバルブの開閉状態を判定するスロットル状態判定部を備え、前記開閉判定部は、前記第1処理では、前記スロットルバルブが閉弁していると判定されていることを条件に、前記第1開弁条件が成立していると判定する。
たとえば前記スロットル状態判定部は、前記吸気マニホールド内の圧力が規定の判定圧力よりも低いときに、前記スロットルバルブが閉弁していると判定することができる。
上記構成によれば、スロットルバルブの開閉状態を判定することによって、交互逆流現象の発生が予測されるか否かを判別する精度を高くすることができる。すなわち、第1処理の結果としてエアバイパスバルブが開弁される運転状況をさらに限定することで、不要な開弁が発生することを抑制できる。
内燃機関の制御装置の一例では、前記開閉判定部は、前記第1処理では、前記目標スロットル通過量が規定の判定閾値以下であることを条件に、前記第1開弁条件が成立していると判定する。
目標スロットル通過量が大きいときには、目標スロットル通過量の減少速度が速くても、スロットルバルブが完全に閉じられるまでには猶予があると考えられる。すなわち、目標スロットル通過量が大きいときには交互逆流現象がすぐには発生しないと予測できる。上記構成によれば、目標スロットル通過量が小さいときに限って、第1開弁条件が成立していると判定されるため、交互逆流現象の発生が予測されるか否かを判別する精度を高くすることができる。第1処理の結果としてエアバイパスバルブが開弁される運転状況をさらに限定することで、エアバイパスバルブの不要な開弁が発生することを抑制できる。
内燃機関の制御装置の一実施形態と、同制御装置の制御対象である内燃機関と、を示す模式図。 同制御装置の開閉判定部が実施するエアバイパスバルブの制御に関する一つの処理の流れを示すフローチャート。 エアバイパスバルブの制御について、内燃機関の運転状況との関係を説明する図。 同制御装置の開閉判定部が実施するエアバイパスバルブの制御に関する他の処理の流れを示すフローチャート。 同制御装置が実施するエアバイパスバルブの制御に関する処理の流れを示すフローチャート。 比較例として交互逆流現象が発生している状態を示すタイミングチャート。 同制御装置によって制御される内燃機関の状態を示すタイミングチャート。
以下、内燃機関の制御装置の一実施形態について、図1~図7を参照して説明する。
図1には、内燃機関20と、内燃機関20の制御装置10とを模式的に示している。
内燃機関20は、排気タービン式の過給機を二基備えている。第1過給機40と第2過給機60は、並列に設けられている。
第1過給機40のコンプレッサである第1コンプレッサ41は、第1吸気通路31に配設されている。第1吸気通路31には、第1エアクリーナ32を介して外気が吸入される。第1吸気通路31における第1コンプレッサ41よりも上流側には、第1吸気通路31を通過する吸入空気量を検出する第1エアフロメータ81と、第1コンプレッサ41よりも上流側の部分の圧力を検出する第1管内圧センサ83と、が設けられている。
第1吸気通路31には、第1コンプレッサ41よりも上流側の部分と下流側の部分とを連通して第1コンプレッサ41を迂回する第1バイパス33が設けられている。第1バイパス33には、第1バイパス33を通過する空気の流量を調節する第1エアバイパスバルブ34が設けられている。第1エアバイパスバルブ34が開弁していると、その開度に応じて吸気の一部が第1コンプレッサ41を迂回し、第1バイパス33を通じて第1吸気通路31における第1コンプレッサ41よりも上流側の部分に流入する。
第2過給機60のコンプレッサである第2コンプレッサ61は、第2吸気通路51に配設されている。第2吸気通路51における第2コンプレッサ61よりも上流側には、第2吸気通路51を通過する吸入空気量を検出する第2エアフロメータ82と、第2コンプレッサ61よりも上流側の部分の圧力を検出する第2管内圧センサ84と、が設けられている。
第2吸気通路51には、第2コンプレッサ61よりも上流側の部分と下流側の部分とを連通して第2コンプレッサ61を迂回する第2バイパス53が設けられている。第2バイパス53には、第2バイパス53を通過する空気の流量を調節する第2エアバイパスバルブ54が設けられている。第2エアバイパスバルブ54が開弁していると、その開度に応じて吸気の一部が第2コンプレッサ61を迂回し、第2バイパス53を通じて第2吸気通路51における第2コンプレッサ61よりも上流側の部分に流入する。
内燃機関20は、第1吸気通路31において第1コンプレッサ41を通過した吸気と、第2吸気通路51において第2コンプレッサ61を通過した吸気と、が合流する合流部21Aを備えている。合流部21Aでは、第1吸気通路31における第1バイパス33の下流側接続部分よりも下流側と、第2吸気通路51における第2バイパス53の下流側接続部分よりも下流側と、が接続されている。
内燃機関20は、合流部21Aと吸気マニホールド24とを接続する合流吸気路21を備えている。合流吸気路21には、合流部21A側から順に、インタークーラ22と、スロットルバルブ23と、が配設されている。
吸気マニホールド24は、内燃機関20のシリンダブロックに接続されている。スロットルバルブ23を通過した吸気は、吸気マニホールド24を介して内燃機関20の各気筒に導入される。吸気マニホールド24には、吸気マニホールド24内の圧力を検出するマニホールド圧力センサ88が設けられている。
内燃機関20は、シリンダブロックに六個の気筒を有している。ここで、図1において、吸気マニホールド24よりも左側に位置する気筒を第1気筒群25Lとする。吸気マニホールド24よりも右側に位置する気筒を第2気筒群25Rとする。
内燃機関20は、第1気筒群25Lから排出された排気が通過する第1排気通路35を備えている。第1気筒群25Lから排出された排気は、シリンダブロックに接続されている第1排気マニホールド36を介して集合し、第1排気通路35に流入する。
第1排気通路35には、第1過給機40のタービンである第1タービン42が配設されている。第1排気通路35には、第1タービン42よりも上流側の部分と下流側の部分とを連通して第1タービン42を迂回する第1ウェイストゲート37が設けられている。第1ウェイストゲート37には、電子制御式の第1ウェイストゲートバルブ38が設けられている。第1ウェイストゲートバルブ38は、過給圧を制御するために開閉制御される。
第1排気通路35における第1タービン42の下流には、第1排気通路35を通過する排気の空燃比を検出することのできる第1空燃比センサ85が取り付けられている。第1排気通路35における第1空燃比センサ85よりも下流には、第1触媒39が配置されている。
内燃機関20は、第2気筒群25Rから排出された排気が通過する第2排気通路55を備えている。第2気筒群25Rから排出された排気は、シリンダブロックに接続されている第2排気マニホールド56を介して集合し、第2排気通路55に流入する。
第2排気通路55には、第2過給機60のタービンである第2タービン62が配設されている。第2排気通路55には、第2タービン62よりも上流側の部分と下流側の部分とを連通して第2タービン62を迂回する第2ウェイストゲート57が設けられている。第2ウェイストゲート57には、電子制御式の第2ウェイストゲートバルブ58が設けられている。第2ウェイストゲートバルブ58は、過給圧を制御するために開閉制御される。
第2排気通路55における第2タービン62の下流には、第2排気通路55を通過する排気の空燃比を検出することのできる第2空燃比センサ86が取り付けられている。第2排気通路55における第2空燃比センサ86よりも下流には、第2触媒59が配置されている。
以下では、第1エアバイパスバルブ34、第2エアバイパスバルブ54を「ABV34」、「ABV54」ということもある。ABV34,54は、常閉型のバルブであり、後述するように制御装置10のABV制御部11によって開弁制御される。
制御装置10は、機能部として、ABV制御部11と、開閉判定部12と、要求出力部13と、検出部14と、予測流量導出部15と、スロットル状態判定部16と、圧力比導出部17と、を備えている。なお、制御装置10は、以下(a)~(c)のいずれかの構成であればよい。
(a)コンピュータプログラムに従って各種処理を実行する一つ以上のプロセッサを備える。プロセッサは、CPU並びに、RAMおよびROM等のメモリを含む。メモリは、処理をCPUに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。(b)各種処理を実行する一つ以上の専用のハードウェア回路を備える。専用のハードウェア回路は、たとえば、特定用途向け集積回路すなわちASIC(Application Specific Integrated Circuit)、または、FPGA(Field Programmable Gate Array)等である。(c)各種処理の一部をコンピュータプログラムに従って実行するプロセッサと、各種処理のうち残りの処理を実行する専用のハードウェア回路と、を備える。
制御装置10には、内燃機関20が備える各種センサからの検出信号が入力される。
検出部14は、内燃機関20が備えている各種センサからの検出信号に基づいて、内燃機関20の制御に用いる検出値を導出する。
たとえば、検出部14は、第1エアフロメータ81からの検出信号に基づいて、第1エアクリーナ32から流入して第1吸気通路31を通過する吸入空気量である第1吸気量Ga1を導出する。検出部14は、第2エアフロメータ82からの検出信号に基づいて、第2エアクリーナ52から流入して第2吸気通路51を通過する吸入空気量である第2吸気量Ga2を導出する。
検出部14は、第1管内圧センサ83または第2管内圧センサ84からの検出信号に基づいて管内圧Paを導出する。管内圧Paは、第1吸気通路31における第1コンプレッサ41よりも上流側の圧力、および、第2吸気通路51における第2コンプレッサ61よりも上流側の圧力として導出される。なお、第1吸気通路31における第1管内圧センサ83が配置されている部分は、第1コンプレッサ41よりも第1エアクリーナ32側である。すなわち、第1管内圧センサ83が配置されている部分は開放されており、第1管内圧センサ83によって検出される圧力は大気圧に近い。同様に、第2吸気通路51における第2管内圧センサ84が配置されている部分は開放されており、第2管内圧センサ84によって検出される圧力は大気圧に近い。このため、第1管内圧センサ83からの検出信号に基づく検出値と第2管内圧センサ84からの検出信号に基づく検出値との差は、無視できる程度に小さい。そこで、本実施形態では、第1管内圧センサ83からの検出信号または第2管内圧センサ84からの検出信号の一方に基づいて導出される管内圧Paを第1コンプレッサ41よりも上流側の圧力、および、第2コンプレッサ61よりも上流側の圧力として用いる。
検出部14は、過給圧センサ87からの検出信号に基づいて、第1コンプレッサ41および第2コンプレッサ61よりも下流側の圧力である過給圧Pcを導出する。
検出部14は、マニホールド圧力センサ88からの検出信号に基づいて、吸気マニホールド24内の圧力である吸気マニホールド圧Piを導出する。
検出部14は、第1空燃比センサ85からの検出信号に基づいて、第1排気通路35を通過する排気の空燃比として第1排気空燃比Af1を導出する。検出部14は、第2空燃比センサ86からの検出信号に基づいて、第2排気通路55を通過する排気の空燃比として第2排気空燃比Af2を導出する。
予測流量導出部15は、内燃機関20の目標トルクに基づいて、スロットルバルブ23を介して吸気マニホールド24に吸入される吸気量の目標値として目標スロットル通過量GATを導出する。予測流量導出部15は、目標スロットル通過量を導出する吸気量導出部に対応する。内燃機関20の目標トルクは、たとえば、内燃機関20が搭載される車両におけるアクセルペダルの操作量などに基づいて導出される。
さらに、予測流量導出部15は、合流吸気路21に設けられているスロットルバルブ23を通過する吸気量の目標値である目標スロットル通過量GATに基づいて、合流部21Aよりも上流側の第1コンプレッサ41を通過する吸気量の予測値として第1予測流量を導出する。第1予測流量は、第1吸気通路31の長さ、通路断面積および通路が延びている形状などを考慮して、目標スロットル通過量GATに基づいて導出される。また、予測流量導出部15は、目標スロットル通過量GATに基づいて、第2コンプレッサ61を通過する吸気量の予測値として第2予測流量を導出する。第2予測流量は、第2吸気通路51の長さ、通路断面積および通路が延びている形状などを考慮して、目標スロットル通過量GATに基づいて導出される。
本実施形態では、第1予測流量を予測流量GAEとして、予測流量GAEをABV34,54の制御に用いる。
また、予測流量導出部15は、予測流量GAEを時間微分することによって予測流量GAEが減少する速度を減少速度DGAEとして導出する。
スロットル状態判定部16は、吸気マニホールド圧Piに基づいてスロットルバルブ23の状態を判定する。吸気マニホールド24内の圧力として導出される吸気マニホールド圧Piが低い場合、スロットルバルブ23の閉弁に伴い吸気マニホールド24内の圧力が低下していると予測できる。スロットル状態判定部16は、吸気マニホールド圧Piが判定マニホールド圧Pithよりも低い場合、スロットルバルブ23が閉じられていると判定する。
圧力比導出部17は、管内圧Paおよび過給圧Pcに基づいて、管内圧Paに対する過給圧Pcの比率を圧力比PRとして導出する。圧力比PRは、過給圧Pcが大きいほど大きい値となる。また、圧力比PRは、第1コンプレッサ41および第2コンプレッサ61による過給が行われていない場合には「1.0」に近づく。
開閉判定部12は、ABV34,54の開弁と閉弁とを切り換えるための処理として、サージング抑制処理および交互逆流現象抑制処理を実行する。サージング抑制処理および交互逆流現象抑制処理の詳細な内容は後述する。
また、開閉判定部12は、ABV34,54の閉弁条件が成立しているか否かを判定する閉弁判定処理を実行する。開閉判定部12は、閉弁判定処理では、たとえば、内燃機関20が搭載される車両を加速させる要求がある場合に閉弁条件が成立していると判定する。車両を加速させる要求としては、スロットルバルブ23の開度を全開にする要求、または、目標トルクを増加させる要求などがある。
要求出力部13は、開閉判定部12が実行するサージング抑制処理または交互逆流現象抑制処理の結果に基づいて、ABV34,54の開弁条件が成立しているときにはABV開弁要求を出力する。ABV開弁要求を出力する処理の詳細は後述する。また、要求出力部13は、開閉判定部12が実行する閉弁判定処理の結果に基づいて、ABV34,54の閉弁条件が成立しているときにはABV閉弁要求を出力する。
ABV制御部11は、要求出力部13から出力されるABV開弁要求またはABV閉弁要求に基づいて第1エアバイパスバルブ34および第2エアバイパスバルブ54を制御する。ABV制御部11は、ABV開弁要求が要求出力部13から出力されているとき、ABV34,54を開弁する。ABV制御部11は、ABV34,54を開弁させているときにABV開弁要求の出力が停止されると、ABV34,54を閉弁する。
また、ABV制御部11は、ABV閉弁要求が要求出力部13から出力されているとき、ABV34,54を閉弁する。
図2および図3を用いて、開閉判定部12が実行するサージング抑制処理について説明する。
図2に示すサージング抑制処理の処理ルーチンでは、内燃機関20の運転状況がサージング抑制領域内であるか否かが判定される。
図3を用いて、サージング抑制領域について説明する。開閉判定部12には、圧力比PRと予測流量GAEとサージング抑制領域との関係が記憶されている。図3に示すように、圧力比PRと予測流量GAEとの関係からサージングの発生が予測される運転状況がサージング抑制領域として設定されている。サージング抑制領域は、実験等の結果に基づいて予め導出されている。
図3には、サージング抑制領域のうち予測流量GAEに対する圧力比PRの下限値を繋ぐ線を開要求ラインL1と表示している。開要求ラインL1は、予測流量GAEが小さい範囲では、予測流量GAEに対応する圧力比PRが一定値に制限されている。開要求ラインL1は、圧力比PRが一定値に制限されている範囲よりも予測流量GAEが大きい範囲では、予測流量GAEが大きいほど予測流量GAEに対応する圧力比PRが大きくなる関係を示している。なお、図3は、予測流量GAEが「0」以上であり圧力比PRが「1.0」以上である領域を示す。
なお、開要求ラインL1における予測流量GAEが小さい範囲において、予測流量GAEに対応する圧力比PRを一定値に制限することは、サージング抑制領域を設定するうえでの一例である。当該範囲において、予測流量GAEが大きいほど圧力比PRが大きくなるように開要求ラインL1を設定してもよい。ただし、圧力比PRが小さい範囲では過給圧Pcの僅かな変動によって圧力比PRが大きく変化しやすいため、内燃機関20の運転状況を判定する精度を確保するために圧力比PRが「1.0」であるところに開要求ラインL1を近づけることが難しいという事情がある。このため、圧力比PRを一定値に制限しない場合でも圧力比PRが「1.0」であるところから開要求ラインL1を離すようにすることが好ましい。
図2を用いて、開閉判定部12が実行するサージング抑制処理の処理ルーチンについて説明する。本処理ルーチンは、所定の周期毎に繰り返し実行される。
本処理ルーチンが実行されると、まずステップS101において、開閉判定部12は、サージング抑制領域内であるか否かを判定する。開閉判定部12は、予測流量GAEおよび圧力比PRの変化によって内燃機関20の運転状況が図3に示す開要求ラインL1を超えてサージング抑制領域内に入っていると、サージング抑制領域内であると判定する。
サージング抑制領域内である場合(S101:YES)、開閉判定部12は、処理をステップS102に移行する。ステップS102では、開閉判定部12は、第1開フラグF1をONにする。その後、開閉判定部12は、本処理ルーチンを終了する。第1開フラグF1は、ONであることに基づいて、ABV34,54を開弁する要求があることがサージング抑制処理を通じて判定されたことを示すフラグである。そのため、第1開フラグF1がONである場合に要求出力部13によってABV開弁要求が出力される。
一方、ステップS101の処理において、サージング抑制領域内ではない場合(S101:NO)、開閉判定部12は、本処理ルーチンを終了する。
サージング抑制処理は、前記圧力比と前記目標スロットル通過量との関係からサージングの発生が予測される場合に前記第2開弁条件が成立していると判定する第2処理に対応する。また、第2開弁条件には、内燃機関20の運転状況がサージング抑制領域内であることが含まれている。
次に、図4を用いて、開閉判定部12が実行する交互逆流現象抑制処理の処理ルーチンについて説明する。本処理ルーチンは、所定の周期毎に繰り返し実行される。
本処理ルーチンが実行されると、まずステップS201において、開閉判定部12は、減少速度DGAEが判定速度DGAEthよりも大きいか否かを判定する。予測流量GAEが急激に減少するとき、すなわち、減少速度DGAEが大きいときには、スロットルバルブ23が閉じられる蓋然性が高い。判定速度DGAEthは、予測流量GAEが急激に減少していることを判定するための規定の閾値として設定されている。減少速度DGAEが判定速度DGAEthよりも大きい場合(S201:YES)、開閉判定部12は、処理をステップS202に移行する。
ステップS202では、開閉判定部12は、スロットルが閉じられているか否かを判定する。すなわち、スロットル状態判定部16によってスロットルバルブ23が閉じられていると判定されている場合(S202:YES)、処理をステップS203に移行する。
ステップS203では、開閉判定部12は、予測流量GAEが判定流量GAEth以下であるか否かを判定する。判定流量GAEthには、図3に示す開要求ラインL1よりも小さい範囲における予測流量GAEの値が設定されている。このため、予測流量GAEが判定流量GAEth以下である場合には、内燃機関20の運転状況は、サージング抑制領域外である。予測流量GAEが判定流量GAEth以下である場合(S203;YES)、開閉判定部12は、処理をステップS204に移行する。
ステップS204では、開閉判定部12は、圧力比PRが判定圧力比PRth以下であるか否かを判定する。判定圧力比PRthには、図3に示す開要求ラインL1よりも小さい範囲における圧力比PRの値が設定されている。このため、圧力比PRが判定圧力比PRth以下である場合には、内燃機関20の運転状況は、サージング抑制領域外である。圧力比PRが判定圧力比PRth以下である場合(S204:YES)、処理をステップS205に移行する。ステップS205では、開閉判定部12は、第2開フラグF2をONにする。その後、開閉判定部12は、本処理ルーチンを終了する。第2開フラグF2は、ONであることに基づいて、ABV34,54を開弁する要求があることが交互逆流現象抑制処理を通じて判定されたことを示すフラグである。そのため、第2開フラグF2がONである場合に要求出力部13によってABV開弁要求が出力される。
一方、ステップS201の処理において減少速度DGAEが判定速度DGAEth以下である場合(S201:NO)、開閉判定部12は、本処理ルーチンを終了する。
また、開閉判定部12は、ステップS202の処理においてスロットルが閉でない場合にも(S202:NO)、本処理ルーチンを終了する。
さらに、開閉判定部12は、ステップS203の処理において予測流量GAEが判定流量GAEthよりも大きい場合にも(S203:NO)、本処理ルーチンを終了する。
また、開閉判定部12は、ステップS204の処理において圧力比PRが判定圧力比PRthよりも大きい場合にも(S204:NO)、本処理ルーチンを終了する。
交互逆流抑制処理は、目標スロットル通過量の減少速度が規定の判定速度よりも速いときに第1開弁条件が成立していると判定する第1処理に対応する。予測流量GAEが目標スロットル通過量GATに基づいて導出されるものであることから、第1開弁条件には、予測流量GAEの減少速度DGAEが判定速度DGAEthよりも大きいことが含まれている。予測流量GAEが判定流量GAEth以下であることは、目標スロットル通過量が規定の判定閾値以下であることに対応する。
続いて、図5を用いて、要求出力部13が実行する処理ルーチンについて説明する。本処理ルーチンは、所定の周期毎に繰り返し実行される。
本処理ルーチンが実行されると、まずステップS301において、要求出力部13は、第1開フラグF1がONであるか否かを判定する。第1開フラグF1がONである場合(S301:YES)、要求出力部13は、処理をステップS302に移行する。
ステップS302では、要求出力部13は、ABV開弁要求を出力する。この結果、ABV制御部11によって、ABV34,54が開弁される。要求出力部13は、ABV開弁要求を出力すると、処理をステップS304に移行する。
ステップS304では、要求出力部13は、第1開フラグF1および第2開フラグF2をOFFにする。その後、要求出力部13は、本処理ルーチンを終了する。
一方、ステップS301の処理において、第1開フラグF1がOFFである場合(S301:NO)、要求出力部13は、処理をステップS303に移行する。ステップS303では、要求出力部13は、第2開フラグF2がONであるか否かを判定する。第2開フラグF2がOFFである場合(S303:NO)、要求出力部13は、本処理ルーチンを終了する。
一方、ステップS303の処理において、第2開フラグF2がONである場合(S303:YES)、要求出力部13は、処理をステップS302に移行する。すなわち、要求出力部13がABV開弁要求を出力し、その結果、ABV制御部11によってABV34,54が開弁される。要求出力部13は、ABV開弁要求を出力すると、処理をステップS304に移行する。要求出力部13は、第1開フラグF1および第2開フラグF2をOFFにして、その後、本処理ルーチンを終了する。
なお、要求出力部13は、ABV開弁要求を出力してから規定期間の経過後にABV開弁要求の出力を停止する。規定期間としては、たとえば、サージングおよび交互逆流現象が発生しないほど第1コンプレッサ41および第2コンプレッサ61の回転数が低下するまでの期間であるとよい。その他、圧力比PRが小さくなるまでの期間、または予測流量GAEが低下するまでの期間を規定期間としてもよい。
すなわち、要求出力部13は、第1開フラグF1および第2開フラグF2のうち少なくとも一方がONであるときに、ABV開弁要求を出力する。そして、第1開フラグF1および第2開フラグF2のうち少なくとも一方がONであるときには、ABV制御部11によってABV34,54が開弁される。ABV制御部11は、第1開弁条件および第2開弁条件のうち少なくとも一方が成立しているとABV34,54を開弁するものである。
本実施形態の作用について説明する。
制御装置10によれば、サージング抑制処理によって、サージングが発生しやすい状況においてABV34,54を開弁させることができる。さらに、制御装置10では、ABV34,54を開弁させるための処理として、交互逆流現象抑制処理が実行される。
まず、図6を用いて、内燃機関20で発生する交互逆流現象について説明する。図6に示す例では、図6の(a)に示すように、タイミングt1においてスロットルバルブ23の閉弁が開始されて、タイミングt1以降ではスロットル開度TAが小さくなっている。
内燃機関20では、スロットルバルブ23が閉じられている場合、第1コンプレッサ41および第2コンプレッサ61を通過した吸気が行き場を無くす。このため、たとえば第1コンプレッサ41の回転数が第2コンプレッサ61の回転数よりも高いと、第1コンプレッサ41から合流部21Aに流れる吸気が、合流部21Aを超えて第2吸気通路51に逆流する。逆流の上流側となる第1コンプレッサ41では、下流側の第2コンプレッサ61の方に向かって吸気を押し込むことに伴い第2コンプレッサ61よりも回転数が低下する。このように逆流の上流側となる第1コンプレッサ41の回転数が低下した結果、逆流の上流側となるコンプレッサの回転数と下流側となるコンプレッサの回転数との高低が逆転して第2コンプレッサ61の回転数が第1コンプレッサ41の回転数よりも高くなると、吸気の逆流方向が反転する。そして、吸気の逆流が収まるほど第1コンプレッサ41および第2コンプレッサ61の回転数が低下するまでの間、逆流の反転が繰り返される。
図6の(b)に示すように、交互逆流現象が発生すると、タイミングt1以降においてスロットル開度TAが小さくされているにもかかわらず、第1吸気量Ga1および第2吸気量Ga2が増加したり、「0」を下回ったりして増減を繰り返す。交互逆流現象によって第1エアフロメータ81および第2エアフロメータ82の検出値が乱れているのであって、内燃機関20の各気筒に実際に導入される吸気量が増減しているわけではない。このため、交互逆流現象が発生しているときに実際の吸気量とは乖離した値となっている第1吸気量Ga1および第2吸気量Ga2に基づいて燃料噴射量の要求値が導出されてしまうと、燃料噴射量が過剰になったり不足したりするという問題がある。なお、燃料噴射量が過剰になったり不足したりすることで、排気の空燃比が変動するため、交互逆流現象が発生すると、第1排気空燃比Af1および第2排気空燃比Af2も増減を繰り返すことがある。
こうした交互逆流現象は、サージングが発生するような吸気の流勢が強いときではなく、圧力比が小さい領域やスロットルバルブを通過する空気量が少ない領域で発生する。制御装置10によれば、交互逆流現象抑制処理によって、交互逆流現象が発生しやすい状況でABV34,54を開弁させることができる。
図7を用いて、交互逆流現象抑制処理が実行された場合の内燃機関20の運転状況について説明する。
図7に示す例では、図7の(a)に示すように、タイミングt11においてスロットルバルブ23の閉弁が開始されて、タイミングt11以降ではスロットル開度TAが小さくなっている。
タイミングt11においてスロットルバルブ23の閉弁が開始されたことで、図7の(b)に示すように、タイミングt11よりも後では、予測流量GAEが減少し始める。予測流量GAEが減少し始めた時点では減少速度DGAEが大きいが、時間経過に伴って減少速度DGAEが徐々に小さくなっている。タイミングt12では、減少速度DGAEが判定速度DGAEthよりも大きく(S201:YES)、予測流量GAEが判定流量GAEth以下になっている(S203;YES)。
図7の(c)に示すように、吸気マニホールド圧Piは、タイミングt11よりも後では、管内圧Paよりも低下している。タイミングt12では、吸気マニホールド圧Piは、判定マニホールド圧Pithよりも低く、スロットルバルブ23が閉じられていると判定される(S202:YES)。
また、タイミングt11よりも後では過給圧Pcも低下している。なお、コンプレッサよりも上流側の部分の圧力である管内圧Paは、タイミングt11よりも前とタイミングt11以降とで変化していない。過給圧Pcは、時間経過に伴って管内圧Paに収束している。すなわち、タイミングt11以降では時間が経過するほど圧力比PRが「1.0」に近づいている。タイミングt12では、圧力比PRが判定圧力比PRth以下になっている(S204:YES)。
交互逆流現象抑制処理によれば、タイミングt11においてスロットルバルブ23の閉弁が開始された後、タイミングt12において、第2開フラグF2がONにされる(S205)。この結果、図7の(e)に示すように、要求出力部13によってABV開弁要求が出力され(S302)、ABV制御部11によってABV34,54が開弁される。
タイミングt12において第2開フラグF2がONにされてABV34,54が開弁されることによって、スロットルバルブ23の閉弁に伴って行き場を無くした吸気が、第1バイパス33および第2バイパス53を通過できる。すなわち、ABV34,54の開弁によって、第1コンプレッサ41および第2コンプレッサ61を通過した吸気を第1バイパス33および第2バイパス53を介して逃がすことができる。このため、図7の(d)に示すように、第1吸気量Ga1および第2吸気量Ga2は、図6の(b)に例示したような増減を繰り返すことなく減少する。
なお、タイミングt12において出力されるABV開弁要求は、タイミングt12から規定期間の経過後に出力が停止されている。ABV開弁要求の出力が停止されると、ABV制御部11によってABV34,54が閉弁される。
本実施形態の効果について説明する。
(1)ABV34,54を開弁させることで、第1バイパス33および第2バイパス53を介して吸気を逃がすことができる。これによって、スロットルバルブ23の閉弁によって行き場を無くした吸気が回転数の高い方のコンプレッサから回転数の低い方のコンプレッサに流れることが起因となる交互逆流現象の発生を抑制できる。
(2)制御装置10では、減少速度DGAEが判定速度DGAEthよりも大きいことに基づいて、ABV34,54を開弁させる。すなわち、スロットルバルブ23が閉じられることを予測してABV34,54を開弁させる。これによって、スロットルバルブ23が完全に閉じられて交互逆流現象の発端となる逆流が発生するよりも前にABV34,54を開弁させることができる。
(3)交互逆流現象抑制処理が実行された結果としてABV34,54が開弁されるのは、内燃機関20の運転状況がサージング抑制領域外のときに限られる。これによって、サージング抑制処理と交互逆流現象抑制処理とが互いに干渉することなく、各処理においてABV34,54の開弁を要するときにABV34,54を開弁させることができる。
(4)圧力比PRが小さいときには、サージングが発生しにくい一方で、交互逆流現象が発生しやすい。制御装置10によれば、減少速度DGAEが速いときであり、且つ、圧力比PRが小さいときに第2開フラグF2がONにされることで、交互逆流現象の発生が予測される場合にABV34,54を開弁することができる。このように、交互逆流現象抑制処理では圧力比PRが小さいときに限ってABV34,54を開弁させるため、ABV34,54が開弁される内燃機関20の運転状況を、より正確に交互逆流現象が発生する運転状況に限定することができる。これによって、交互逆流現象抑制処理によってABV34,54が不要に開弁されることを抑制できる。
(5)交互逆流現象抑制処理によって、圧力比PRの値が開要求ラインL1よりも小さい範囲にあっても、ABV34,54を開弁することができる。すなわち、サージング抑制処理によってはABV34,54を開弁することができない運転状況であってもABV34,54を開弁することができ、交互逆流現象の発生を抑制できる。
(6)吸気マニホールド圧Piに基づいてスロットルバルブ23の状態を判定することによって、交互逆流現象の発生が予測されるか否かを判別する精度を高くすることができる。すなわち、ABV34,54が開弁される運転状況をさらに限定することで、不要な開弁が交互逆流現象抑制処理によって発生することを抑制できる。
(7)予測流量GAEが大きいときには、予測流量GAEの減少速度DGAEが速くても、スロットルバルブ23が完全に閉じられるまでには猶予があると考えられる。すなわち、予測流量GAEが大きいときには交互逆流現象がすぐには発生しないと予測できる。そこで、制御装置10では、予測流量GAEが小さいときに限って第2開フラグF2をONにすることができるため、交互逆流現象の発生が予測されるか否かを判別する精度を高くすることができる。交互逆流現象抑制処理によってエアバイパスバルブが開弁される運転状況をさらに限定することで、ABV34,54の不要な開弁が発生することを抑制できる。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、第1予測流量を予測流量GAEとしている。これに替えて、第2予測流量を予測流量GAEとしてもよい。
・第1予測流量を予測流量GAEとして実行する交互逆流現象抑制処理と、第2予測流量を予測流量GAEとして実行する交互逆流現象抑制処理と、をそれぞれ進めることもできる。この場合、ABV制御部11は、どちらかの処理によってABV開弁要求が出力されれば、ABV34,54を開弁させる。
・上記実施形態では、開閉判定部12は、予測流量GAEを用いて交互逆流現象抑制処理における判定を行っている。開閉判定部12は、予測流量GAEに替えて、予測流量GAEを導出する基である目標スロットル通過量GATを用いて判定を行ってもよい。
・判定圧力比PRthには、図3に示す開要求ラインL1よりも小さい範囲における圧力比PRの値が設定されていればよい。たとえば、判定圧力比PRthは、「1.0」~「1.1」の間の値のような「1.0」に近い値に設定してもよい。
・ABV開弁要求の出力を停止する時期は、ABV開弁要求を出力してから規定期間の経過後に限らない。たとえば、内燃機関20の運転状況がサージング抑制領域外になった場合にABV開弁要求の出力が停止されるように構成することもできる。また、たとえば、判定速度DGAEthよりも小さい閾値を開終了判定速度として、予測流量GAEの減少速度DGAEが開終了判定速度よりも以下になった場合にABV開弁要求の出力が停止されるように構成することもできる。
・上記実施形態では、スロットル状態判定部16は、吸気マニホールド圧Piに基づいてスロットルバルブ23の状態を判定した。これに替えて、スロットルバルブ23の開度をセンサによって検出して、スロットルバルブ23の状態を判定することもできる。
・上記実施形態における図4の処理ルーチンにおいて、ステップS202~204の処理を一つ以上省略することもできる。ステップS201における判定の結果として減少速度DGAEが判定速度DGAEthよりも大きい場合にABV34,54が開弁されればよい。
・上記実施形態では、開閉判定部12は、交互逆流現象に加えてサージング抑制処理を実行している。図2に例示したようなサージング抑制処理の実行は必須の要件ではない。
10…制御装置
11…ABV制御部
12…開閉判定部
13…要求出力部
14…検出部
15…予測流量導出部
16…スロットル状態判定部
17…圧力比導出部
20…内燃機関
21…合流吸気路
21A…合流部
23…スロットルバルブ
24…吸気マニホールド
31…第1吸気通路
33…第1バイパス
34…第1エアバイパスバルブ
40…第1過給機
41…第1コンプレッサ
42…第1タービン
51…第2吸気通路
53…第2バイパス
54…第2エアバイパスバルブ
60…第2過給機
61…第2コンプレッサ
62…第2タービン
81…第1エアフロメータ
82…第2エアフロメータ
83…第1管内圧センサ
84…第2管内圧センサ
87…過給圧センサ
88…マニホールド圧力センサ

Claims (4)

  1. 吸気通路に設けられているコンプレッサを備える第1過給機および第2過給機と、
    前記吸気通路において前記第1過給機のコンプレッサである第1コンプレッサを通過した吸気と前記第2過給機のコンプレッサである第2コンプレッサを通過した吸気とが合流する合流部と、
    前記吸気通路において吸気を気筒に導入する吸気マニホールドと、
    前記吸気通路において前記合流部と前記吸気マニホールドとを接続する合流吸気路と、
    前記合流吸気路に設けられているスロットルバルブと、
    前記吸気通路において前記第1コンプレッサよりも上流側の部分と前記第1コンプレッサよりも下流側の部分とを接続する第1バイパスと、
    前記吸気通路において前記第2コンプレッサよりも上流側の部分と前記第2コンプレッサよりも下流側の部分とを接続する第2バイパスと、
    前記第1バイパスおよび前記第2バイパスにそれぞれ設けられているエアバイパスバルブと、を有する内燃機関に適用され、
    前記内燃機関の目標トルクに基づいて前記スロットルバルブを介して吸入される吸気量の目標値として目標スロットル通過量を導出する吸気量導出部と、
    前記エアバイパスバルブの開弁条件が成立しているか否かを判定する開閉判定部と、
    前記開弁条件が成立しているときに前記エアバイパスバルブを開弁するABV制御部と、
    前記吸気通路における前記第1コンプレッサまたは前記第2コンプレッサよりも上流側の部分の圧力を管内圧として、前記吸気通路における前記第1コンプレッサおよび前記第2コンプレッサよりも下流側であり前記スロットルバルブよりも上流側の部分の圧力を過給圧として、前記管内圧に対する前記過給圧の比率を圧力比として導出する圧力比導出部と、を備え、
    前記開閉判定部は、前記目標スロットル通過量の減少速度が規定の判定速度よりも速いときに前記開弁条件が成立していると判定し、且つ、前記開弁条件が成立しているか否かを判定する第1処理と、前記開弁条件を第1開弁条件とするとき前記エアバイパスバルブの第2開弁条件が成立しているか否かを判定する第2処理と、を実施し、該第2処理では、前記圧力比と前記目標スロットル通過量との関係からサージングの発生が予測される場合に前記第2開弁条件が成立していると判定し、
    前記ABV制御部は、前記第1開弁条件および前記第2開弁条件のうち少なくとも一方が成立しているときに前記エアバイパスバルブを開弁するものであり、
    前記開閉判定部は、前記圧力比が規定の判定圧力比以下であることを条件に、前記第1開弁条件が成立していると判定する
    内燃機関の制御装置。
  2. 前記スロットルバルブの開閉状態を判定するスロットル状態判定部を備え、
    前記開閉判定部は、前記第1処理では、前記スロットルバルブが閉弁していると判定されていることを条件に、前記第1開弁条件が成立していると判定する
    請求項に記載の内燃機関の制御装置。
  3. 前記スロットル状態判定部は、前記吸気マニホールド内の圧力が規定の判定圧力よりも低いときに、前記スロットルバルブが閉弁していると判定する
    請求項に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記開閉判定部は、前記第1処理では、前記目標スロットル通過量が規定の判定閾値以下であることを条件に、前記第1開弁条件が成立していると判定する
    請求項のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
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