KR20180029074A - 엔진의 제어 장치 및 엔진의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

엔진은, 엔진의 압축비를 변경하는 압축비 가변 기구와, 엔진에 압축 공기를 공급하는 과급기를 구비한다. 그리고, 이 엔진을 제어하는 엔진의 제어 장치는, 과급기에 의한 과급압 상승의 응답성이 높을수록 낮은 목표 압축비를 설정하여 압축비 가변 기구를 제어한다.

Description

엔진의 제어 장치 및 엔진의 제어 방법

본 발명은 엔진의 제어 장치 및 엔진의 제어 방법에 관한 것이다.

JP2011-21524A에는, 터보 과급기를 갖는 압축비 가변 엔진에 있어서, 감속 후에 재가속이 행해진 경우, 노킹이 발생할 가능성이 있다고 판단하고 나서 압축비를 내리는 것이 개시되어 있다.

상기 문헌에 따르면, 노킹이 발생할 가능성이 있다고 판단하고 나서 압축비를 내리고 있지만, 터보 과급기에 의한 과급압의 기동이 압축비 변경 속도보다 빠른 경우에는 노킹을 억제할 수 없다.

본 발명의 목적은, 과급기를 갖는 압축비 가변 엔진에 있어서 노킹을 억제하는 것이다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 엔진은, 엔진의 압축비를 변경하는 압축비 가변 기구와, 엔진에 압축 공기를 공급하는 과급기를 구비한다. 그리고, 이 엔진을 제어하는 엔진의 제어 장치는, 과급기에 의한 과급압 상승의 응답성이 높을수록 낮은 목표 압축비를 설정하여 압축비 가변 기구를 제어한다.

도 1은, 엔진 시스템의 전체 구성의 설명도이다.
도 2는, 압축비 가변 엔진의 설명도이다.
도 3은, 압축비 가변 엔진에 의한 압축비 변경 방법을 설명하는 제1 도면이다.
도 4는, 압축비 가변 엔진에 의한 압축비 변경 방법을 설명하는 제2 도면이다.
도 5는, 압축비 변경 제어의 타임차트이다.
도 6은, 압축비 변경 제어의 흐름도이다.
도 7은, 엔진 회전 속도로부터 구해지는 T/C 회전 속도 역치의 맵이다.
도 8은, 엔진 회전 속도와 T/C 회전 속도로부터 구해지는 목표 압축비의 맵이다.
도 9는, 엔진 회전 속도와 부하로부터 구해지는 설정 압축비의 맵이다.
도 10은, T/C 회전 속도와 압축비 차의 관계의 그래프이다.
도 11은, 압축비 변화 속도와 과급압 변화 속도의 관계의 설명도이다.
도 12는, 제2 실시 형태에 있어서의 엔진 시스템의 구성도이다.
도 13은, 배기 온도에 대한 T/C 회전 속도의 설명도이다.
도 14는, 제3 실시 형태에 있어서의 엔진 시스템의 구성도이다.
도 15는, 배기 압력에 대한 T/C 회전 속도의 설명도이다.

이하, 도면 등을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.

(제1 실시 형태)

도 1은, 엔진 시스템의 전체 구성의 설명도이다. 엔진 시스템(1)에 있어서의 엔진(100)은, 압축비 가변 엔진이다. 압축비 가변 엔진은 액추에이터를 동작시킴으로써 기계 압축비를 변경할 수 있다. 압축비 가변 엔진의 기구의 일례에 대해서는 후술한다.

또한, 엔진(100)은 터보식 과급기(7)를 구비한다. 터보식 과급기(7)는, 샤프트(7c)로 접속된 컴프레서(7a)와 터빈(7b)을 구비한다. 컴프레서(7a)는 엔진(100)의 흡기 통로(51a)에 배치된다. 터빈(7b)은 엔진(100)의 배기 통로(52a)에 배치된다. 이에 의해, 터빈(7b)이 엔진(100)의 배기 에너지에 의해 회전하면, 컴프레서(7a)도 회전하고, 흡입 공기를 하류측에 압송한다. 여기서, 배기 에너지란, 터보식 과급기(7)와 같은 배기식 과급기를 구동하는 엔진의 배기 에너지를 가리키며, 그 크기의 지표로서는, 과급기의 회전 속도, 과급기 상류측의 배기 온도 또는 압력을 예시할 수 있다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 터보식 과급기(7)의 회전 속도를 간단히 T/C 회전 속도라고 하는 경우가 있다. T/C 회전 속도는, T/C 회전 속도 센서(32)에 의해 취득된다.

또한, 엔진(100)은 크랭크각 센서(37)를 구비한다. 크랭크각 센서(27)는, 엔진(100)에 있어서의 크랭크각을 검출한다. 크랭크각 센서(37)는 컨트롤러(50)에 접속되고, 컨트롤러(50)는 엔진(10)의 크랭크각을 취득할 수 있다.

또한, 컴프레서(7a)의 하류측에 있어서의 엔진(100)의 흡기 통로(51a)에는, 인터쿨러(31)가 배치된다. 또한, 흡기 통로(51a)에 있어서 인터쿨러(31)의 하류에는 전자 제어 스로틀(41)이 설치되고, 컨트롤러(50)에 의해 스로틀 개방도가 제어된다. 또한, 전자 제어 스로틀(41)의 더 하류에는 콜렉터 탱크(46)가 설치된다.

흡기 통로(51a)로부터는 리서큘레이션 통로(34)가 분기되어 흡기 통로(51b)에 접속된다. 리서큘레이션 통로(34)는, 컴프레서(7a)를 바이패스한다. 리서큘레이션 통로(34)에는, 리서큘레이션 밸브(33)가 설치되고, 그 개폐가 컨트롤러(50)에 의해 제어된다. 리서큘레이션 밸브(33)의 개폐가 제어됨으로써, 컴프레서(7a)의 하류의 과급압이 지나치게 높아지지 않도록 조정된다.

또한, 컴프레서(7a)의 상류측의 흡기 통로(51b)에는 에어플로우 미터(38)가 설치된다. 에어플로우 미터(38)는 컨트롤러(50)에 접속된다. 그리고, 컨트롤러(50)는 흡기 통로(51b)를 통과하는 흡기량을 취득한다.

배기 통로(52a)에는, 터빈(7b)을 바이패스하는 바이패스 통로가 형성된다. 그리고, 이 바이패스 통로의 개폐를 제어하는 웨이스트 게이트 밸브(19)가 설치되어 있다. 웨이스트 게이트 밸브(19)는, 컨트롤러(50)에 의해, 그 개폐가 제어된다.

배기 통로(52b)에는, 배기 정화용의 배기 촉매(44, 45)가 설치된다. 배기 촉매(44, 45)에는 3원 촉매 등이 사용된다.

흡기 통로(51b)와 배기 통로(52b)는, EGR 통로(53)를 통하여 접속된다. EGR 통로(53)에는 EGR 쿨러(43)가 설치된다. 또한, EGR 통로(53)에는 EGR 밸브(42)가 설치된다. EGR 밸브(42)는 컨트롤러(50)에 접속된다. 그리고, 엔진(100)의 운전 조건에 따라, 컨트롤러(50)에 의해 EGR 밸브(42)의 개방도가 제어된다.

배기 통로(52b)에 있어서, EGR 통로(53)와의 접속부와 에어플로우 미터(38)의 사이에는 어드미션 밸브(39)가 설치된다. 어드미션 밸브(39)는 컨트롤러(50)에 의해 그 개폐가 제어되고, 흡기 통로(51b)와 배기 통로(52b)의 사이의 차압이 만들어진다. 그리고, 이 차압에 의해, 배기 통로(52)로부터의 EGR 가스를 도입하기 쉽게 한다.

컨트롤러(50)는, 전술한 각종 센서 및 도시하지 않은 그 밖의 센서로부터의 출력을 읽어들이고, 이들에 기초하여 점화 시기, 공연비 등의 제어를 행한다. 또한, 컨트롤러(50)는, 후술하는 압축비 변경 제어를 행한다.

이어서, 압축비 가변 엔진(100)의 기구의 일례에 대하여 설명한다. 압축비 가변 엔진(100)으로서는, 예를 들어 다음과 같은 구성의 압축비 가변 엔진을 채용할 수 있다.

도 2는, 압축비 가변 엔진의 설명도이다. 엔진(100)은, 피스톤 행정을 변화시켜 기계 압축비를 연속적으로 변경하는 압축비 가변 기구(101)를 구비한다. 본 실시 형태에서는, 압축비 가변 기구로서, 예를 들어 일본 특허 공개 제2001-227367호 공보 등에 의해 공지되어 있는 복 링크식 압축비 가변 기구를 적용한다. 이하, 이 복 링크식 압축비 가변 기구를 구비한 엔진(100)을 「압축비 가변 엔진(100)」이라고 한다.

압축비 가변 엔진(100)은, 피스톤(122)과 크랭크 샤프트(121)를 2개의 링크(상부 링크(제1 링크)(111), 하부 링크(제2 링크)(112))로 연결함과 함께, 컨트롤 링크(제3 링크)(113)로 하부 링크(112)를 제어하여 기계 압축비를 변경한다.

상부 링크(111)는, 상단을 피스톤 핀(124)을 통하여 피스톤(122)에 연결하고, 하단을 연결 핀(125)을 통하여 하부 링크(112)의 일단에 연결한다. 피스톤(122)은, 실린더 블록(123)에 형성된 실린더(120)에 미끄럼 이동 가능하게 끼워 맞춤하고, 연소 압력을 받아 실린더(120) 내를 왕복 이동한다.

하부 링크(112)는, 일단을 연결 핀(125)을 통하여 상부 링크(111)에 연결하고, 타단을 연결 핀(126)을 통하여 컨트롤 링크(113)에 연결한다. 또한, 하부 링크(112)는, 거의 중앙의 연결 구멍에, 크랭크 샤프트(121)의 크랭크 핀(121b)을 삽입하고, 크랭크 핀(121b)을 중심축으로 하여 요동한다. 하부 링크(112)는 좌우의 2 부재로 분할 가능하다. 크랭크 샤프트(121)는, 복수의 저널(121a)과 크랭크 핀(121b)을 구비한다. 저널(121a)은, 실린더 블록(123) 및 래더 프레임(128)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 크랭크 핀(121b)은, 저널(121a)로부터 소정량 편심되어 있고, 여기에 하부 링크(112)가 요동 가능하게 연결된다.

컨트롤 링크(113)는, 연결 핀(126)을 통하여 하부 링크(112)에 연결된다. 또한, 컨트롤 링크(113)는, 타단을 연결 핀(127)을 통하여 컨트롤 샤프트(114)에 연결한다. 컨트롤 링크(113)는, 이 연결 핀(127)을 중심으로 하여 요동한다. 또한, 컨트롤 샤프트(114)에는 기어가 형성되어 있고, 그 기어가 압축비 변경 액추에이터(131)의 회전축(133)에 설치된 피니언(132)에 맞물린다. 압축비 변경 액추에이터(131)에 의해 컨트롤 샤프트(114)가 회전되고, 연결 핀(127)이 이동한다.

도 3은, 압축비 가변 엔진에 의한 압축비 변경 방법을 설명하는 제1 도면이다. 도 4는, 압축비 가변 엔진에 의한 압축비 변경 방법을 설명하는 제2 도면이다.

압축비 가변 엔진(100)은, 컨트롤러(50)가 압축비 변경 액추에이터(131)를 제어함으로써 컨트롤 샤프트(114)를 회전시켜 연결 핀(127)의 위치를 변경시켜, 기계 압축비를 변경한다. 예를 들어 도 3의 (A) 및 도 4에 도시하는 바와 같이 연결 핀(127)을 위치(P)로 하면, 상사점 위치(TDC)가 높아져 고압축비가 된다.

그리고, 도 3의 (B) 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 연결 핀(127)을 위치(Q)로 하면, 컨트롤 링크(113)가 상방으로 밀어 올려져, 연결 핀(126)의 위치가 올라간다. 이에 의해 하부 링크(112)는 크랭크 핀(121b)을 중심으로 하여 반시계 방향으로 회전하고, 연결 핀(125)이 내려가고, 피스톤 상사점에 있어서의 피스톤(122)의 위치가 하강한다. 따라서 기계 압축비가 저압축비가 된다.

또한, 본 실시 형태에 있어서 상기와 같은 압축비 가변 엔진을 설명하였지만, 압축비 가변 엔진의 형태는 이것에 한정되지 않는다.

도 5는, 압축비 변경 제어의 타임차트이다. 도 5에는, 횡축을 시간으로 하고, 종축에 가감속 요구, 차속, T/C 회전 속도, 과급압 및 기계 압축비가 도시되어 있다. 도 5의 기계 압축비에 있어서, 실선은 본 실시 형태에 있어서의 기계 압축비이고, 파선은 참고예에 있어서의 기계 압축비이다. 여기서는 우선 참고예에 있어서의 타임차트에 대하여 설명을 행하고, 그 후, 참고예와의 비교에 있어서 본 실시 형태에 있어서의 타임차트를 설명함으로써 본 실시 형태의 개념에 대하여 설명한다.

여기서, 가감속 요구는, 엔진(100)에 대한 가감속 요구이다. 엔진 시스템(1)이 동력으로서 전기 모터를 더 갖는 경우에는, 전기 모터가 담당하는 출력에 따라서도, 엔진(100)에 대한 가감속 요구도 상이하게 된다. 예를 들어, 가속 요구가 있다고 해도, 전기 모터가 그 대부분의 부하를 담당하는 경우에는, 엔진(100)에 대해서는 감속 요구라고 하는 경우도 있을 수 있다.

엔진(100)에 대하여 가속 요구가 있는 경우에는, 컨트롤러(50)는, 전자 제어 스로틀(41)을 보다 개방하도록 제어한다. 한편, 엔진(100)에 대하여 감속 요구가 있는 경우에는, 전자 제어 스로틀(41)을 보다 폐쇄하도록 제어한다. 또한, 엔진(100)에 대하여 가속 요구도 감속 요구도 없는 경우에는, 전자 스로틀(41)의 개방도를 현상의 상태로 유지시킨다. 따라서, 엔진(100)에 대한 가감속 요구는, 전자 제어 스로틀(41)의 개방도에 대응하는 것이다.

시각 t1까지는, 가감속 요구는 뉴트럴이다. 시각 t1까지 차속은 높은 V2인 채로 유지되고, T/C 회전 속도도 높은 T2인 채로 유지되어 있다. 또한, T/C 회전 속도가 높기 때문에, 과급압도 높은 P2인 채로 유지되어 있다. 단, 과급압이 높게 유지되어 있기 때문에, 노킹 억제를 위해 기계 압축비는 낮은 기계 압축비 C1로 유지되어 있다.

시각 t1에 있어서, 가감속 요구는 감속 요구로 된다. 그러면, 약간의 지연 후, 시각 t2에서부터 차속이 저하되기 시작한다. 또한, T/C 회전 속도도 약간의 지연 후, 시각 t2에서부터 저하되기 시작한다. 과급압은, 가감속 요구가 감속 요구로 된 시각 t1의 직후부터 저하되기 시작한다.

참고예에서는, 가감속 요구가 감속 요구로 되는 시각 t1에서부터, 기계 압축비가 높아지도록 기계 압축비의 변경이 개시되어 있다. 이것은, 엔진 회전 속도의 감속과 함께 T/C 회전 속도가 저하되어 과급압이 저하된다는 점에서, 기계 압축비를 높게 설정하였다고 해도 노킹이 발생하기 어렵고, 연비를 향상시킬 수 있기 때문이다.

그 후, 시각 t4가 되면, 차속이 V1로까지 저하되고, T/C 회전 속도도 T1 가까이까지 저하된다. 또한, 과급압도 P1까지 저하된다. 여기서, 시각 t4에 있어서 다시 가속 요구가 있었다고 하자. 그러면, T/C 회전 속도는 바로 상승을 개시한다. T/C 회전 속도가 상승하면 과급압도 상승하기 때문에, 노킹이 발생하지 않도록 기계 압축비를 내리도록 제어된다.

엔진에는, 어떠한 과급압 이상에서는 기계 압축비를 어떠한 압축비로까지 내려 두지 않으면 노킹이 발생하기 쉽다고 하는 저압축비화의 요구가 있다. 예를 들어, 도 5에 도시되는 과급압 역치 Pt보다 높은 과급압일 때에는, 기계 압축비가 C1로까지 내려가 있지 않으면 노킹이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, 과급압이 P1로부터 과급압 역치 Pt로 상승할 때까지, 기계 압축비를 C1로까지 저하시키고 싶다는 요구가 있다.

도 5에 있어서, 시각 t4에 있어서 가감속 요구가 가속 요구로 되는데, 시각 t4 직후부터 기계 압축비는 저하되기 시작한다. 또한, 시각 t4보다 늦게 시각 t5에서 T/C 회전 속도가 상승하기 시작하고, 또한 이보다 늦게 시각 t6에서 과급압이 상승하기 시작한다. 그러나, 기계 압축비의 변경 속도는 T/C 회전 속도의 상승 속도에 비하여 낮기 때문에, 과급압은 기계 압축비가 내려가는 것보다 빠르게 상승한다. 그러면, 참고예와 같이, 과급압이 과급압 역치 Pt가 된 시각 t8의 시점에서 아직 기계 압축비는 C1보다 높은 상태가 된다. 그리고, 시각 t7까지, 기계 압축비는 C1보다 높은 상태가 계속된다.

전술한 바와 같이, 과급압이 과급압 역치 Pt보다 높은 경우, 기계 압축비는 C1로까지 내려져 있지 않으면, 노킹이 발생하기 쉬워진다. 즉, 유효 압축비로서는, 노킹이 발생하기 쉬운 압축비로 되어 있다고 할 수 있다. 노킹이 발생한다고 하면, 이것을 피하기 위해 점화 타이밍을 리타드시키는 등의 대책이 필요하게 된다. 그리고, 그 결과로서 토크 리스펀스의 악화나 실용 연비가 저하된다고 하는 문제가 있다.

이에 비해, 본 실시 형태에서는, 시각 t1에 있어서 감속 요구가 있는 경우라도, T/C 회전 속도가 T/C 회전 속도 역치 Tt 이하로 될 때까지, 기계 압축비의 변경을 행하지 않고, 기계 압축비를 저압축비 C1인 채로 유지시키고 있다. 그리고, T/C 회전 속도가 T/C 회전 속도 역치 Tt 이하로 되고 나서, 기계 압축비를 증가시키도록 제어한다.

그 때문에, 도 5에 있어서, 시각 t3에서부터 기계 압축비가 높여져 있다. 또한, 참고예와 본 실시 형태에서는 공통의 압축비 가변 기구(101)를 사용하고 있기 때문에, 양자의 기계 압축비의 변경 속도는 동일하다. 따라서, 시각 t3에서부터 시각 t4까지에 있어서의 본 실시 형태의 기계 압축비를 나타내는 선분의 기울기는, 시각 t1에서부터 시각 t4까지에 있어서의 참고예의 기계 압축비를 나타내는 선분의 기울기와 거의 동등하다. 마찬가지로, 시각 t4에서부터 시각 t7까지에 있어서의 본 실시 형태의 기계 압축비를 나타내는 선분의 기울기는, 시각 t4에서부터 시각 t9까지에 있어서의 참고예의 기계 압축비를 나타내는 선분의 기울기와 거의 동등하다.

이와 같이, 기계 압축비를 높이는 개시 타이밍을 T/C 회전 속도가 T/C 회전 속도 역치 Tt로 내려갈 때까지 늦추고 있으므로, 시각 t4에 있어서 다시 가속 요구가 발생하였다고 해도, 기계 압축비는 C2로까지밖에 오르지 않는다.

본 실시예에서도, 가감속 요구가 가속 요구로 되면 기계 압축비가 내려가도록 제어된다. 본 실시 형태에서는, 시각 t4에 있어서 기계 압축비가 C2로 되어 있으므로, 여기서 기계 압축비를 낮추는 제어가 개시되었다고 해도, 과급압이 과급압 역치 Pt에 도달하는 시각 t8보다 앞선 시각 t7까지, 기계 압축비를 C1로까지 내릴 수 있다.

또한, 여기서는 기계 압축비를 C2까지 높인 경우를 설명하였지만, 시각 t8까지 기계 압축비를 C1로까지 내리는 것이 가능하면, 기계 압축비는 C2보다 높아도 된다. 이러한 기계 압축비는, 후술하는 목표 압축비이다.

본 실시 형태와 같이 제어함으로써, 시각 t4에서부터 기계 압축비의 저하가 개시되었다고 해도, 과급압이 과급압 역치 Pt에 도달하는 시각 t8보다 먼저 기계 압축비를 C1로 내릴 수 있다. 그리고, 감속 요구 후의 재가속 요구 시에 있어서의 노킹의 발생을 억제할 수 있다.

이어서, 상기 본 실시 형태에 있어서의 타임차트를 실현하기 위한 압축비 변경 제어를 흐름도를 참조하면서 설명한다.

도 6은, 압축비 변경 제어의 흐름도이다. 이 제어 루틴은, 컨트롤러(50)에 의해 실행된다. 본 루틴은, 예를 들어 10밀리초 정도의 짧은 간격으로 반복 실행된다.

컨트롤러(50)는, 엔진(100)에 대한 가감속 요구가 감속 요구인지 여부에 대하여 판정한다(S1). 가감속 요구가 감속 요구인지 여부는, 전술한 바와 같이, 전자 제어 스로틀(41)의 개방도에 기초하여 판정할 수 있다.

스텝 S1에 있어서 가감속 요구가 감속 요구라고 판정된 경우에는, 컨트롤러(50)는, T/C 회전 속도가 T/C 회전 속도 역치 Tt 이하인지 여부에 대하여 판정한다(S2). T/C 회전 속도 역치는, 전술한 바와 같이 기계 압축비를 높이는 제어를 개시시키는 트리거로 된다.

T/C 회전 속도 역치 Tt는, 가감속 요구가 감속 요구로부터 가속 요구로 전환되고, 기계 압축비가 내려지면서 T/C 회전 속도가 상승하였다고 해도, 기계 압축비가 노킹 억제 가능한 기계 압축비(도 5에 있어서 C1)로 복귀될 때까지 과급압이 과급압 역치 Pt에 도달하지 않는 T/C 회전 속도이다.

도 7은, 엔진 회전 속도로부터 구해지는 T/C 회전 속도 역치의 맵이다. 도 7의 맵에 있어서 횡축은 엔진 회전 속도이고, 종축은 T/C 회전 속도 역치이다. 이러한 T/C 회전 속도 역치의 맵은 컨트롤러(50)에 기억되어 있다. 도 7에 도시되는 T/C 회전 속도 역치의 맵에서는, 엔진 회전 속도가 높아짐에 따라 T/C 회전 속도 역치가 낮아지는 경향이 있다. 이것은, 엔진 회전 속도가 높아질수록 과급압이 높아지기 쉽기 때문에, T/C 회전 속도 역치를 낮게 설정할 필요가 있기 때문이다.

스텝 S2에 있어서, 컨트롤러(50)는, 크랭크각 센서(37)로부터의 값에 기초하여 현재의 엔진 회전 속도를 구한다. 그리고, 컨트롤러(50)는, 구한 엔진 회전 속도로부터 도 7의 T/C 회전 속도 역치의 맵에 따라, 대응하는 T/C 회전 속도 역치를 구한다.

또한, 여기서는 「T/C 회전 속도 역치」를 엔진 회전 속도에 의해 변동되는 값으로 하였지만, 일정 값으로 하는 것으로 해도 된다.

그리고, T/C 회전 속도가 T/C 회전 속도 역치 Tt 이하인 경우에는, 컨트롤러(50)는, 엔진 회전 속도와 T/C 회전 속도에 기초하여 목표 압축비를 결정한다(S3). 컨트롤러(50)는, 전술한 바와 같이 크랭크각 센서(37)로부터의 출력에 기초하여 엔진 회전 속도를 구할 수 있다. 또한, 컨트롤러(50)는, T/C 회전 속도 센서(32)로부터 T/C 회전 속도를 취득할 수 있다.

도 8은, 엔진 회전 속도와 T/C 회전 속도로부터 구해지는 목표 압축비의 맵이다. 도 8의 목표 압축비의 맵에 있어서 횡축은 엔진 회전 속도이고, 종축은 T/C 회전 속도이다. 컨트롤러(50)는, 도 8에 도시되는 목표 압축비의 맵을 기억한다.

목표 압축비는, 감속 요구로부터 가속 요구로 전환되었다고 해도, T/C 회전 속도가 T/C 회전 속도 역치 Pt에 도달하기 전에 기계 압축비를 전술한 도 5에 있어서의 저압축비 C1(노킹이 발생하기 어려운 기계 압축비)로 저하시킬 수 있을 정도의 높이의 기계 압축비이다.

목표 압축비는, 엔진 회전 속도가 높을수록 낮은 경향이 있다. 엔진 회전 속도가 높으면, 과급압이 오르기 쉽기 때문에 흡입 공기량도 많아지고 노킹을 일으키기 쉬워진다. 그 때문에, 엔진 회전 속도가 높을수록 목표 압축비를 낮게 설정할 필요가 있는 것이다.

또한, 목표 압축비는, T/C 회전 속도가 높을수록 낮은 경향이 있다. T/C 회전 속도가 높으면, 과급압이 오르기 쉽기 때문에 흡입 공기량도 많아지고 노킹을 일으키기 쉬워진다. 그 때문에, T/C 회전 속도가 높을수록 목표 압축비를 낮게 설정할 필요가 있는 것이다. 환언하면, T/C 회전 속도가 높을수록 과급압 상승의 응답성도 높다. 그 때문에, 이것은 터보식 과급기(7)에 의한 과급압 상승의 응답성이 높을수록 낮은 목표 압축비를 설정하고 있다고도 할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 배기 에너지의 크기의 지표로서는, 과급기의 회전 속도 외에도, 과급기 상류측의 배기 온도나 배기 압력을 예시할 수 있으므로, 과급기 상류측의 배기 온도나 배기 압력이 높을수록 과급압 상승의 응답성이 높다고도 판단할 수 있다.

컨트롤러(50)는, 엔진 회전 속도와 T/C 회전 속도로부터 도 8의 목표 압축비의 맵을 참조하여 목표 압축비를 구한다. 그리고, 구해진 목표 압축비가 되도록 기계 압축비의 변경을 개시한다(S4).

한편, 스텝 S2에 있어서, T/C 회전 속도가 T/C 회전 속도 역치 Tt 이하가 아니라고 판정된 경우, 컨트롤러(50)는, 기계 압축비의 변경은 행하지 않는다(S5). 이와 같이 함으로써, T/C 회전 속도가 T/C 회전 속도 역치 이하로 될 때까지 기계 압축비를 올리지 않도록 제어할 수 있다(도 5에 있어서의 시각 t1에서부터 시각 t3).

또한, T/C 회전 속도가 T/C 회전 속도 역치 Tt 이하로 된 후에 기계 압축비를 올렸다고 해도, 상술한 목표 압축비까지밖에 기계 압축비를 올리지 않도록 하고 있다(도 5에 있어서의 시각 t4). 그 때문에, 다시 가속 요구에 의해 T/C 회전 속도가 상승하는 경우가 있어도, 과급압이 과급압 역치 Pt까지 상승할 때까지, 기계 압축비를 저압축비 C1로까지 저하시킬 수 있다(도 5에 있어서의 시각 t7). 그리고, 노킹의 발생을 억제할 수 있다.

스텝 S1에 있어서, 가감속 요구가 감속 요구가 아니라고 판정된 경우, 컨트롤러(50)는 통상 제어를 행한다(S6). 통상 제어란, 기계 압축비를 설정 압축비가 되도록 하는 제어이다. 설정 압축비란, 엔진(100)에 대한 부하로부터 구해지는 기계 압축비이다.

도 9는, 엔진 회전 속도와 부하로부터 구해지는 설정 압축비의 맵이다. 도 9의 맵에 있어서 횡축은 엔진 회전 속도이고, 종축은 엔진(100)에 대한 부하이다. 그리고, 도 9의 설정 압축비의 맵에는, 이들 엔진 회전 속도와 엔진(100)의 부하로부터 구해지는 설정 압축비가 도시되어 있다. 컨트롤러(50)는, 도 9에 도시되는 설정 압축비의 맵을 기억하고 있다.

설정 압축비도, 엔진 회전 속도가 높을수록 낮은 경향이 있다. 이것은, 엔진 회전 속도가 높으면, 과급압이 올라가기 쉽기 때문에 흡입 공기량도 많아지고 노킹을 일으키기 쉬워진다. 그 때문에, 엔진 회전 속도가 높을수록 설정 압축비를 낮게 설정할 필요가 있기 때문이다.

또한, 설정 압축비는, 부하가 높을수록 낮은 경향이 있다. 엔진(100)은, 부하가 높으면 흡입 공기량을 증가시켜 요구 부하에 대응하게 되지만, 흡입 공기량이 증가하면 노킹이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, 부하가 높을수록 설정 압축비를 낮게 설정할 필요가 있는 것이다.

컨트롤러(50)는, 엔진 회전 속도와 흡입 공기량으로부터 도 9의 설정 압축비의 맵을 참조하여 설정 압축비를 구한다. 그리고, 구해진 설정 압축비가 되도록 기계 압축비의 변경을 개시하여, 엔진(100)의 제어를 행한다.

도 10은, T/C 회전 속도와 압축비 차의 관계의 그래프이다. 도 10의 그래프에 있어서, 횡축은 T/C 회전 속도이고, 종축은 압축비 차이다. 여기서, 압축비 차란, 설정 압축비와 목표 압축비의 차이다. T/C 회전 속도가 높아질수록, 압축비 차가 넓어지는 경향이 있다. 즉, T/C 회전 속도가 높아졌다고 해도 본 실시 형태에 있어서 목표 압축비는 설정 압축비만큼 높게 설정되지 않는다. 이것은, 목표 압축비를 낮게 함으로써, 재가속 요구가 있는 경우라도, 기계 압축비를 저압축비로 빠르게 되돌릴 수 있도록 하고 있기 때문이다.

도 11은, 압축비 변화 속도와 과급압 변화 속도의 관계의 설명도이다. 도 11에 있어서, 횡축은 압축비 변화 속도이고 종축은 과급압 변화 속도이다. 여기서 압축비 변화 속도는, 압축비 가변 기구(101)가 기계 압축비를 변경할 수 있는 속도이다. 과급압 변화 속도는, 터보식 과급기(7)에 있어서의 과급압의 변화 속도이다.

또한, 도 11에는, 압축비 변화 속도 한계가 도시되어 있다. 압축비 가변 기구(101)는, 압축비 변경 액추에이터(131)에 의해 기계 압축비를 변경시키고 있기 때문에, 압축비 변경 액추에이터의 동작 속도에 의해, 그 압축비 변화 속도에도 한계가 있다. 그 때문에, 압축비 변화 속도를 압축비 변화 속도 한계보다 높게 할 수 없다. 물론, 과급압 변화 속도에도 한계가 있지만, 과급압 변화 속도보다 압축비 변화 속도의 쪽이 느리기 때문에, 그 한계가 빨리 찾아온다.

또한, 도 11에는, 노킹 특성의 역치가 복수 도시되어 있다. 노킹 특성은, 엔진(100)에 따라 상이하다. 노킹 특성이 우수한 엔진에서는, 도면 중 「양호」 근처의 역치의 라인으로 되고, 노킹 특성이 우수하지 않은 엔진에서는, 도면 중 「불량」 근처의 역치의 라인으로 된다.

그리고, 노킹 특성의 역치를 나타내는 라인에 따르면, 압축비 변화 속도가 높은 경우에는 과급압의 변화 속도도 높일 수 있다. 과급압의 변화 속도는, 터보식 과급기(7)의 T/C 회전과의 사이에 대략 비례의 관계가 있다. 그 때문에, 압축비 변화 속도가 높으면, T/C 회전의 T/C 회전 속도 역치도 전체적으로 높게 설정할 수 있게 된다.

이로부터, 목표 압축비는 엔진 회전 속도와 T/C 회전 속도로부터 목표 압축비가 구해지지만, 압축비 변경 액추에이터(131)의 동작 속도가 높고 압축비 변화 속도가 높으면, 그만큼, T/C 회전 속도 역치도 높게 설정할 수 있게 된다.

또한, 상기 제어를 행함에 있어서, T/C 회전 속도가 T/C 회전 속도 역치 Tt보다 내려간 후에도 웨이스트 게이트 밸브(19)가 폐쇄되는 것으로 해도 된다. 이와 같이 함으로써, 과급압을 유지하고, 재가속 요구 시에 터보식 과급기(7)의 회전 속도를 빠르게 상승시킬 수 있다. 그리고, T/C 회전 속도를 바로 상승시킬 수 있는 경우라도, 상술한 바와 같이 기계 압축비는 낮게 유지되어 있기 때문에, 노킹의 발생을 억제할 수 있다.

이어서, 본 실시 형태의 효과에 대하여 설명한다.

상기 실시 형태에 따르면, 엔진(100)은, 엔진(100)의 기계 압축비를 변경하는 압축비 변경 기구(101)와, 엔진(100)에 압축 공기를 공급하는 터보식 과급기(7)를 구비한다. 그리고, 컨트롤러(50)는, 터보식 과급기(7)에 의한 과급압 상승의 응답성이 높을수록 낮은 목표 압축비를 설정하여 압축비 가변 기구(101)를 제어한다.

이와 같이 함으로써, 터보식 과급기(7)에 의한 과급압 상승의 응답성이 높을수록 기계 압축비를 낮은 목표 압축비로 할 수 있다. 그리고, 재가속 요구에 의해 과급압이 상승하였다고 해도 노킹을 발생시키기 어려운 저압축비로까지 기계 압축비를 빠르게 복귀시킬 수 있다. 즉, 재가속 요구 시에 있어서의 노킹의 발생을 억제할 수 있으므로, 점화 타이밍의 리타드도 억제할 수 있다. 그리고, 토크 리스펀스 및 실용 연비를 향상시킬 수 있다.

또한, 목표 압축비는, 재가속 요구가 있고 나서 압축비 가변 기구(101)를 동작시켜도 노킹을 억제할 수 있는 기계 압축비까지 내릴 수 있는 기계 압축비이다. 이와 같이 함으로써, 재가속 요구 시에 있어서의 노킹의 발생을 억제할 수 있는 목표 압축비를 적절하게 결정할 수 있다.

또한, 컨트롤러(50)는, 엔진(100)의 배기 에너지가 높을수록 과급압 상승의 응답성이 높다고 판단한다. 엔진(100)의 배기 에너지와 터보식 과급기(7)에 의한 과급압 상승의 응답성은 상관 관계가 있다. 따라서, 이와 같이 함으로써, 엔진(100)의 배기 에너지에 기초하여, 노킹이 발생하기 어려운 목표 압축비를 적절하게 결정할 수 있다.

또한, 컨트롤러(50)는, 터보식 과급기(7)의 회전 속도가 높을수록 과급압 상승의 응답성이 높다고 판단한다. 터보식 과급기(7)의 회전 속도와 터보식 과급기(7)에 의한 과급압 상승의 응답성은 상관 관계가 있다. 따라서, 이와 같이 함으로써, 터보식 과급기(7)의 회전 속도에 기초하여, 노킹이 발생하기 어려운 목표 압축비를 적절하게 결정할 수 있다.

또한, 컨트롤러(50)는, T/C 회전 속도가 T/C 회전 속도 역치보다 내려갔을 때, 기계 압축비를 올리기 시작하도록 압축비 가변 기구(101)를 제어한다. 이와 같이 함으로써, 기계 압축비를 높여 감속 후의 연비를 향상시킬 수 있다. 또한, T/C 회전 속도가 T/C 회전 속도 역치보다 내려갈 때까지, 기계 압축비를 올리는 타이밍이 늦춰진다. 그 때문에, 가감속 요구가 감속 요구로부터 가속 요구로 전환되고, 터보식 과급기(7)의 회전 속도가 상승하였다고 해도 노킹이 발생하기 어려운 기계 압축비로까지 기계 압축비를 내릴 수 있다. 이때, T/C 회전 속도 역치는, 기계 압축비가 내려가는 속도와 터보식 과급기(7)의 회전 속도의 상승 속도를 고려하여 결정되므로, 보다 확실하게 노킹의 발생을 억제할 수 있다.

또한, T/C 회전 속도 역치는, 엔진(100)의 회전 속도가 높을수록 낮게 설정된다. T/C 회전 속도의 상승 용이도는, 엔진(100)의 회전 속도에 따라 상이하다. 따라서, 압축비 가변 엔진(100)의 회전 속도에 따라 T/C 회전 속도 역치를 변경함으로써, 기계 압축비를 낮은 기계 압축비로 계속해서 유지하는 타이밍을 규정하는 T/C 회전 속도 역치를 적절하게 결정할 수 있다.

또한, 압축비 가변 엔진(100)과 터보식 과급기(7)의 사이의 배기 가스를 내보내는 웨이스트 게이트 밸브(19)를 구비하고, 터보식 과급기(7)의 회전 속도가 소정 속도보다 내려간 후에도 웨이스트 게이트 밸브(19)가 폐쇄되는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 과급압을 유지하고, 재가속 시에 터보식 과급기(7)의 회전 속도를 바로 상승시킬 수 있다. 그리고, 이와 같이 터보식 과급기(7)의 회전 속도를 바로 상승시킬 수 있는 경우라도, 기계 압축비는 낮게 유지되어 있기 때문에, 노킹의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 엔진 시스템(1)은, 터보식 과급기(7)의 회전 속도를 검출하는 T/C 회전 속도 검출 센서(32)를 구비한다. 이와 같이 함으로써, 직접적으로 터보식 과급기(7)의 회전 속도를 직접적으로 측정할 수 있으므로, 터보식 과급기(7)의 정확한 회전 속도에 기초하여 압축비 가변 기구(101)를 제어할 수 있다.

또한, 컨트롤러(50)는, 엔진(100)의 운전의 부하 상황을 취득하고, 엔진(100)의 운전이 저부하로부터 고부하로 된 경우, 압축비를 고압축비로부터 저압축비로 변경한다. 또한, 엔진(100)의 운전이 고부하로부터 저부하로 된 경우, 배기 에너지의 크기가 소정값 이하로 되고 나서, 압축비를 저압축비로부터 고압축비로 되돌린다. 이와 같이 함으로써, 재가속 요구 시에 있어서의 노킹의 발생을 억제할 수 있으므로, 점화 타이밍의 리타드도 억제할 수 있다. 그리고, 토크 리스펀스 및 실용 연비를 향상시킬 수 있다.

또한, T/C 회전 속도를 취득하고, T/C 회전 속도가 소정값 이하로 되었을 때, 배기 에너지의 크기가 소정값 이하로 되었다고 판단할 수도 있다. 이때, T/C 회전 속도는 검출하는 것으로 해도 되고, 추정하는 것으로 해도 된다. 또한, 터보식 과급기(7)의 상류측의 배기 온도를 취득하고, 배기 온도가 소정값 이하로 되었을 때, 배기 에너지의 크기가 소정값 이하로 되었다고 판단하는 것으로 해도 된다. 이때, 배기 온도는 검출하는 것으로 해도 되고, 추정하는 것으로 해도 된다. 또한, 터보식 과급기(7)의 상류측의 배기 압력을 취득하고, 배기 압력이 소정값 이하로 되었을 때, 배기 에너지의 크기가 소정값 이하로 되었다고 판단하는 것으로 해도 된다. 이때, 배기 압력은 검출하는 것으로 해도 되고, 추정하는 것으로 해도 된다.

(제2 실시 형태)

도 12는, 제2 실시 형태에 있어서의 엔진 시스템의 구성도이다. 전술한 제1 실시 형태에서는, T/C 회전 속도 센서를 사용하여 터보식 과급기(7)의 회전 속도를 측정하는 것으로 하였지만, 제2 실시 형태에서는, 배기 온도를 측정하고 이 배기 온도로부터 T/C 회전 속도를 추정한다.

그 때문에, 도 12에 도시되는 엔진 시스템(1)에는, T/C 회전 속도 센서 대신에, 배기 온도 센서(35)가 배기 통로(52)에 설치되어 있다. 배기 온도 센서(35)는, 컨트롤러(50)에 접속된다. 그리고, 컨트롤러(50)는, 배기 온도를 취득하는 것이 가능하게 되어 있다.

도 13은, 배기 온도에 대한 T/C 회전 속도의 설명도이다. 도 13의 그래프에 있어서 횡축은 배기 온도이고, 종축은 T/C 회전 속도이다. 도 13에 도시되는 바와 같이, 배기 온도가 높아짐에 따라 T/C 회전 속도도 높아지는 경향이 있다.

컨트롤러(50)는, 도 13에 도시되는 바와 같은 배기 온도에 대한 T/C 회전 속도의 맵을 기억하고 있다. 그리고, 취득한 배기 온도에 기초하여 T/C 회전 속도를 추정한다. 컨트롤러(50)는, 추정한 T/C 회전 속도에 기초하여, 전술한 제1 실시 형태의 제어를 행한다.

이와 같이 함으로써, T/C 회전 속도를 직접적으로 측정할 수 없는 경우라도, 배기 온도에 기초하여 T/C 회전 속도를 취득하여 제어를 행할 수 있다.

(제3 실시 형태)

도 14는, 제3 실시 형태에 있어서의 엔진 시스템의 구성도이다. 제3 실시 형태에서는, 배기 압력을 측정하고, 이 배기 압력으로부터 T/C 회전 속도를 추정한다. 그 때문에, 도 14에 도시되는 엔진 시스템(1)에는, T/C 회전 속도 센서 대신에, 압력 센서(36)가 배기 통로(52)에 설치되어 있다. 압력 센서(36)는, 컨트롤러(50)에 접속된다. 이에 의해 컨트롤러(50)는, 배기 압력을 취득하는 것이 가능하게 되어 있다.

도 15는, 배기 압력에 대한 T/C 회전 속도의 설명도이다. 도 15의 그래프에 있어서, 횡축은 배기 압력이고, 종축은 T/C 회전 속도이다. 도 15에 도시되는 바와 같이, 배기 압력이 높아짐에 따라 T/C 회전 속도도 높아지는 경향이 있다.

컨트롤러(50)는, 도 15에 도시되는 바와 같은 배기 압력에 대한 T/C 회전 속도의 맵을 기억하고 있다. 그리고, 취득한 배기 압력에 기초하여 T/C 회전 속도를 추정한다. 컨트롤러(50)는, 추정한 T/C 회전 속도를 취득하여 제어를 행할 수 있다.

이와 같이 함으로써, T/C 회전 속도를 직접적으로 측정할 수 없는 경우라도, 배기 압력에 기초하여 T/C 회전 속도를 취득하여 제어를 행할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않으며, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성에 한정한다는 취지가 아니다. 예를 들어, 터보식 과급기(7)를 슈퍼차저로 할 수도 있다.

상술한 각 실시 형태는, 각각 단독의 실시 형태로서 설명하였지만, 적절히 조합해도 된다.

Claims (13)

1. 엔진의 압축비를 변경하는 압축비 가변 기구와,
   상기 엔진에 압축 공기를 공급하는 과급기를 구비한 엔진의 제어 장치에 있어서,
   상기 과급기에 의한 과급압 상승의 응답성이 높을수록 낮은 목표 압축비를 설정하여 상기 압축비 가변 기구를 제어하는, 엔진의 제어 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 목표 압축비는, 재가속 요구가 있고 나서 상기 압축비 가변 기구를 동작시켜도 노킹을 억제할 수 있는 압축비까지 내릴 수 있는 압축비인, 엔진의 제어 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 과급기는 상기 엔진의 배기에 의해 구동되는 과급기이고,
   상기 엔진의 배기 에너지가 높을수록 상기 응답성이 높다고 판단하는, 엔진의 제어 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 과급기는 상기 엔진의 배기에 의해 구동되는 과급기이고,
   상기 과급기의 회전 속도가 높을수록 상기 응답성이 높다고 판단하는, 엔진의 제어 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 과급기의 회전 속도가 소정 속도보다 내려갔을 때, 상기 압축비를 상기 목표 압축비로 올리기 시작하도록 상기 압축비 가변 기구가 제어되는, 엔진의 제어 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 소정 속도는, 상기 엔진의 회전 속도가 높을수록 낮은, 엔진의 제어 장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 엔진과 상기 과급기의 사이의 배기 가스를 내보내는 웨이스트 게이트 밸브를 구비하고,
   상기 과급기의 회전 속도가 소정 속도보다 내려간 후에도 상기 웨이스트 게이트 밸브가 폐쇄되는, 엔진의 제어 장치.
8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 과급기의 회전 속도를 검출하는 회전 속도 검출 센서를 구비하는, 엔진의 제어 장치.
9. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 과급기의 상류측의 배기 통로에 있어서의 배기 온도, 또는 상기 과급기의 상류측의 배기 통로에 있어서의 압력에 기초하여 상기 과급기의 회전 속도를 추정하는, 엔진의 제어 장치.
10. 엔진의 압축비를 변경하는 압축비 가변 기구와,
    상기 엔진의 배기 에너지를 이용하여 흡입 공기를 과급하는 과급기를 구비하는 엔진의 제어 방법이며,
    상기 엔진의 운전의 부하 상황을 취득하고,
    상기 엔진의 운전이 저부하로부터 고부하로 된 경우, 압축비를 고압축비로부터 저압축비로 변경하고,
    상기 엔진의 운전이 고부하로부터 저부하로 된 경우, 상기 배기 에너지의 크기가 소정값 이하로 되고 나서, 압축비를 저압축비로부터 고압축비로 되돌리는, 엔진의 제어 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 과급기의 회전 속도를 취득하고,
    상기 과급기의 회전 속도가 소정값 이하로 되었을 때, 상기 배기 에너지의 크기가 소정값 이하로 되었다고 판단하는, 엔진의 제어 방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 과급기의 상류측의 배기 온도를 취득하고,
    상기 과급기의 상류측의 배기 온도가 소정값 이하로 되었을 때, 상기 배기 에너지의 크기가 소정값 이하로 되었다고 판단하는, 엔진의 제어 방법.
13. 제10항에 있어서, 상기 과급기의 상류측의 배기 압력을 취득하고,
    상기 과급기의 상류측의 배기 압력이 소정값 이하로 되었을 때, 상기 배기 에너지의 크기가 소정값 이하로 되었다고 판단하는, 엔진의 제어 방법.

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