(57)【要約】【課題】過給応答性を向上させること。【解決手段】実施形態に係るバルブ制御装置は、受付部と、バルブ制御部とを備える。受付部は、内燃機関への過給要求を受け付ける。バルブ制御部は、受付部によって受け付けられた過給要求に基づき、実過給圧を目標過給圧へ近づけるフィードバック制御によって算出した補正量を基本リフト量へ加算することで、ウェイストゲートバルブのバルブ開度を制御する。また、バルブ制御部は、目標過給圧が所定値を超えて上昇した場合に、フィードバック制御を中断し、実過給圧が目標過給圧へ到達するタイミングで、中断前の補正量を基本リフト量へ加算する。【選択図】図２
2020112124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関への過給要求を受け付ける受付部と、
前記受付部によって受け付けられた前記過給要求に基づき、実過給圧を目標過給圧へ近づけるフィードバック制御によって算出した補正量を基本リフト量へ加算することで、ウェイストゲートバルブのバルブ開度を制御するバルブ制御部と
を備え、
前記バルブ制御部は、
前記目標過給圧が所定値を超えて上昇した場合に、前記フィードバック制御を中断し、前記実過給圧が前記目標過給圧に到達するタイミングで、中断前の前記補正量を前記基本リフト量へ加算すること
を特徴とするバルブ制御装置。
【請求項２】
前記バルブ制御部は、
前記フィードバック制御を中断後、前記実過給圧が前記目標過給圧に到達するまで、前記ウェイストゲートバルブのバルブ開度を全閉にすること
を特徴とする請求項１に記載のバルブ制御装置。
【請求項３】
前記バルブ制御部は、
前記フィードバック制御における前記補正量のうち、積分項を前記基本リフト量に加算すること
を特徴とする請求項１または２に記載のバルブ制御装置。
【請求項４】
前記バルブ制御部は、
前記補正量を前記基本リフト量に加算したのちに、前記フィードバック制御を再開すること
を特徴とする請求項１、２または３に記載のバルブ制御装置。
【請求項５】
内燃機関への過給要求を受け付ける受付工程と、
前記受付工程によって受け付けられた前記過給要求に基づき、実過給圧を目標過給圧へ近づけるフィードバック制御によって算出した補正量を基本リフト量へ加算することで、ウェイストゲートバルブのバルブ開度を制御するバルブ制御工程と
を含み、
前記バルブ制御工程は、
前記目標過給圧が所定値を超えて上昇した場合に、前記フィードバック制御を中断し、前記実過給圧が前記目標過給圧に到達するタイミングで、中断前の前記補正量を前記基本リフト量へ加算すること
を特徴とするバルブ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブ制御装置およびバルブ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関から排出される排気のエネルギを利用して駆動するいわゆるターボチャージャを備える内燃機関がある（例えば、特許文献１参照）。この種の内燃機関では、過給要求に対する応答性が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１５７１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術では、過給応答性を向上させるうえで、さらなる改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、過給応答性を向上させることができるバルブ制御装置およびバルブ制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、実施形態に係るバルブ制御装置は、受付部と、バルブ制御部とを備える。前記受付部は、内燃機関への過給要求を受け付ける。前記バルブ制御部は、前記受付部によって受け付けられた前記過給要求に基づき、実過給圧を目標過給圧へ近づけるフィードバック制御によって算出した補正量を基本リフト量へ加算することで、ウェイストゲートバルブのバルブ開度を制御する。また、前記バルブ制御部は、前記目標過給圧が所定値を超えて上昇した場合に、前記フィードバック制御を中断し、前記実過給圧が前記目標過給圧へ到達するタイミングで、中断前の前記補正量を前記基本リフト量へ加算する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、過給応答性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは、内燃機関の模式図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、バルブ制御方法の概要を示す図である。
【図２】図２は、バルブ制御装置のブロック図である。
【図３】図３は、制御モードの具体例を示す図である。
【図４】図４は、基本リフト量モードにおけるバルブ開度の決定方法を示す図である。
【図５】図５は、バルブ制御装置が実行する処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して、実施形態に係るバルブ制御装置およびバルブ制御方法について詳細に説明する。なお、本実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、本実施形態では、車両の内燃機関(エンジン)を例に挙げて説明するが、他の内燃機関についても本発明を適用することが可能である。
【００１０】
まず、図１Ａおよび図１Ｂを用いて実施形態に係るバルブ制御装置の概要について説明する。図１Ａは、内燃機関の模式図である。また、図１Ｂは、バルブ制御方法の概要を示す図である。
【００１１】
なお、図１Ａでは、説明に必要な構成要素のみを示し、内燃機関を簡略化して示す。すなわち、図１Ａでは、ＥＧＲバルブ等の記載を省略して示す。図１Ａに示すように、内燃機関１００は、吸気経路５から吸気した気体を燃焼室４０で燃焼させ、排気通路６から排出するものである。
【００１２】
吸気経路５は、ターボチャージャ１０のコンプレッサ１１に接続される。コンプレッサ１１は、ターボチャージャ１０のタービン１２の回転動力に基づき、吸気経路５に流れる空気を圧縮する。これにより、圧縮した空気を燃焼室４０へ向けて送り込むことで、燃焼室４０でより高い燃焼エネルギを生成することが可能となる。
【００１３】
また、コンプレッサ１１と燃焼室４０との間には、上流側からインタークーラ２０、スロットルバルブ２１、サージタンク２２およびインテークマニホールド２４を備える。また、サージタンク２２は、サージタンク２２内の圧力を計測する圧力センサ２３を備える。圧力センサ２３によって計測されたサージタンク圧は、バルブ制御装置１へ通知される。
【００１４】
一方、燃焼室４０の排気側は、エキゾーストマニホールド２５を介してターボチャージャ１０のタービン１２に接続される。タービン１２は、排気のエネルギを動力源として作動する。
【００１５】
また、エキゾーストマニホールド２５には、タービン１２の上流側と下流側とを繋ぐバイパス通路５１が設けられる。バイパス通路５１には、ウェイストゲートバルブ５５（以下、ＷＧＶ５５と記載する）が設けられる。ＷＧＶ５５は、ＤＣモータによって開閉動作が制御される弁であり、バルブ制御装置１から入力される制御信号によってその開閉動作が制御される。
【００１６】
ＷＧＶ５５によってバイパス通路５１の通路断面積を調節することで、タービン１２へ流れる気体の流量を調節することができる。すなわち、ＷＧＶ５５のバルブ開度を調節することで、タービン１２の回転速度を調節することができる。これにより、コンプレッサ１１による気体の圧縮比を調節することが可能である。
【００１７】
ところで、一般的に、バルブ制御装置は、実過給圧に対応するサージタンク圧を目標過給圧に近づけるフィードバック制御によってＷＧＶのバルブ開度を調節する。これは、ＷＧＶの熱膨張等によってＷＧＶの全閉位置が変化するためである。
【００１８】
また、車両が急加速を行う場合、図示しない上位ＥＣＵから過給要求がバルブ制御装置へ通知される。バルブ制御装置は、過給要求を受けて、ＷＧＶのバルブ開度を調節することで、タービンの回転量を調節する。
【００１９】
このとき、バルブ制御装置は、過給要求によって指示される目標過給圧が所定値を超えて上昇した場合、ＷＧＶを一旦全閉にすることで、実過給圧をいち早く目標過給圧へ近づける閉切制御を行う。
【００２０】
その後、バルブ制御装置は、実過給圧が目標過給圧に達すると、閉切制御を停止し、フィードバック制御を再開する。例えば、このような状況で、フィードバック制御を再開すると、実過給圧が目標過給圧に収束するまでに多くの時間を要するおそれがある。これは、上述のように、目標過給圧に対応するバルブ開度と実際のバルブ開度とにズレが生じるためである。
【００２１】
そこで、実施形態に係るバルブ制御装置１は、閉切制御前のフィードバック制御による補正量を閉切制御後の基本リフト量へ反映させることとした。
【００２２】
具体的には、図１Ｂに示すように、バルブ制御装置１は、時刻ｔ１において、過給要求を受け付けると、フィードバック制御を中断し、ＷＧＶ５５のバルブ開度を一旦全閉状態にする。
【００２３】
続いて、バルブ制御装置１は、実過給圧が目標過給圧に到達する時刻ｔ２において、時刻ｔ１におけるフィードバック制御の補正量を考慮して、バルブ開度を決定する。
【００２４】
すなわち、図１Ｂの拡大図に示すように、バルブ開度は、目標過給圧に対応する基本リフト量Ｌｂに時刻ｔ１におけるフィードバック制御の補正量Ｌｃを加算した値である。
【００２５】
これは、フィードバック制御を中断前の補正量Ｌｃが、ＷＧＶ５５の全閉位置のズレ量を補正した値に対応するためである。すなわち、バルブ制御装置１は、閉切制御後の基本リフト量Ｌｂに補正量Ｌｃを反映させることで、目標過給圧に対応する真のバルブ開度へＷＧＶ５５を制御することが可能となる。
【００２６】
一方、時刻ｔ２において、仮に、補正量Ｌｃを反映せずに、基本リフト量Ｌｂのみでバルブ開度を決定した場合、基本リフト量Ｌｂと実際のリフト量とのズレにより、図１Ｂ下図に破線で示すように、目標過給圧と実過給圧とにずれが生じる。
【００２７】
したがって、バルブ制御装置１は、前回の補正量Ｌｃに基づき、ＷＧＶ５５の全閉位置を学習しておくことで、閉切制御後、すみやかに実過給圧を目標過給圧へ近づけることができる。
【００２８】
その後、バルブ制御装置１は、時刻ｔ３以降においては、フィードバック制御を再開し、ＷＧＶ５５のバルブ開度を制御することになる。これにより、目標過給圧へ収束させることが可能となる。
【００２９】
このように、実施形態に係るバルブ制御装置１は、閉切制御前の補正量Ｌｃを閉切制御後の基本リフト量Ｌｂに反映させることで、閉切制御後、速やかに実過給圧を目標過給圧へ収束させることが可能となる。
【００３０】
したがって、実施形態に係るバルブ制御装置１によれば、ＷＧＶ５５を速やかに目標過給圧に収束させることができるので、過給応答性を向上させることができる。
【００３１】
なお、本実施形態において、閉切制御は、ＷＧＶ５５を全閉にする場合に限られず、目標過給圧に対応する基本リフト量Ｌｂよりもバルブ開度を閉じることを包括する概念である。すなわち、閉切制御においては、ＷＧＶ５５が必ずしも全閉であることを要しない。
【００３２】
次に、図２を用いてバルブ制御装置１の構成例について説明する。図２は、バルブ制御装置１のブロック図である。図２に示すように、バルブ制御装置１は、制御部２と、記憶部３とを備える。
【００３３】
制御部２は、受付部２ａと、バルブ制御部２ｂとを備える。制御部２は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）、入出力ポートなどを有するコンピュータや各種の回路を含む。
【００３４】
コンピュータのＣＰＵは、例えば、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、制御部２の受付部２ａおよびバルブ制御部２ｂとして機能する。
【００３５】
また、制御部２の受付部２ａおよびバルブ制御部２ｂの少なくともいずれか一部または全部をＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）やＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）等のハードウェアで構成することもできる。
【００３６】
また、記憶部３は、例えば、ＲＡＭやＨＤＤに対応する。ＲＡＭやＨＤＤは、基本リフト量情報３ａおよび補正量情報３ｂや、各種プログラムを記憶する。なお、バルブ制御装置１は、有線や無線のネットワークで接続された他のコンピュータや可搬型記録媒体を介して上記したプログラムや各種情報を取得することとしてもよい。
【００３７】
基本リフト量情報３ａは、各目標過給圧に対応するＷＧＶ５５の基本リフト量(バルブ開度)を示すマップデータである。基本リフト量情報３ａは、例えば、実験等によって予め導出される。
【００３８】
また、補正量情報３ｂは、フィードバック制御によって算出された補正量Ｌｃ（図１Ｂ参照）に関する情報である。補正量情報３ｂは、制御部２によって適宜更新される。
【００３９】
制御部２の受付部２ａは、内燃機関１００への過給要求を受け付ける。受付部２ａは、車両が急加速する場合に、図示しない上位ＥＣＵから過給要求を受け付けることとなる。過給要求には、目標過給圧に関する情報が含まれる。
【００４０】
例えば、上位ＥＣＵは、アクセル開度の推移に基づき、内燃機関１００で過給の要否を判定する。そして、上位ＥＣＵは、過給を要すると判定した場合、アクセル開度に基づいて目標過給圧を算出したうえで、過給要求を受付部２ａへ出力することとなる。これにより、バルブ制御装置１は、過給を行うことで、車両の急加速を実現することができる。
【００４１】
バルブ制御部２ｂは、受付部２ａによって受け付けられた過給要求に基づき、実過給圧を目標過給圧へ近づけるフィードバック制御によって算出した補正量を基本リフト量へ加算することで、ＷＧＶ５５のバルブ開度を制御する。
【００４２】
具体的には、バルブ制御部２ｂは、実過給圧と目標過給圧と差がゼロになるようＰＩ制御を行う。ここで、ＰＩ制御の積分項（以下、Ｉ補正量と記載する）は、ＷＧＶ５５の全閉位置の理論値と、実際の値とのズレ量に対応する。
【００４３】
すなわち、バルブ制御部２ｂは、Ｉ補正量に基づいてＷＧＶ５５の現在の全閉位置を推定することが可能である。言い換えれば、ＷＧＶ５５を全閉せずとも、現在の全閉位置を認識することができる。
【００４４】
また、バルブ制御部２ｂは、過給要求によって指示される目標過給圧が所定値を超えて上昇した場合、上述の閉切制御を行うことで、実過給圧を目標過給圧へいち早く近づけることができる。
【００４５】
ここで、図３を用いてバルブ制御部２ｂの制御モードについて説明する。図３は、制御モードの具体例を示す図である。図３に示すように、バルブ制御部２ｂは、Ｆ／Ｂモードｓｔ１、閉切モードｓｔ２および基本リフト量モードｓｔ３の３つの制御モードを有する。
【００４６】
Ｆ／Ｂモードｓｔ１は、実過給圧を目標過給圧へ近づけるフィードバック制御によりＷＧＶ５５を制御する制御モードである。閉切モードｓｔ２は、ＷＧＶ５５を全閉にすることで、実過給圧を目標過給圧へいち早く近づける制御モードである。
【００４７】
すなわち、閉切モードｓｔ２においては、目標過給圧に対応する基本リフト量よりもＷＧＶ５５を閉じることで、実過給圧を目標過給圧へ一気に近づけることが可能となる。したがって、過給応答性を向上させることが可能となる。
【００４８】
基本リフト量モードｓｔ３は、閉切モードｓｔ２の終了後に、移行する制御モードである。この基本リフト量モードｓｔ３においては、基本リフト量に前回のＦ／ＢモードにおけるＩ補正量を加算してＷＧＶ５５のバルブ開度を決定するモードである。
【００４９】
バルブ制御部２ｂは、基本的にＦ／Ｂモードｓｔ１にて動作し、過給要求により指示された目標過給圧が現在の実過給圧よりも所定値以上高い場合に、閉切モードｓｔ２へ移行する。バルブ制御部２ｂは、Ｆ／Ｂモードｓｔ１から閉切モードｓｔ２へ移行するに当たり、フィードバック制御を中断し、中断前のＩ補正量を記憶部３に補正量情報３ｂ(図２参照)として記憶する。
【００５０】
その後、バルブ制御部２ｂは、閉切モードｓｔ２において、実過給圧が目標過給圧に到達するタイミングで、基本リフト量モードｓｔ３へ移行する。
【００５１】
なお、「実過給圧が目標過給圧に到達するタイミング」とは、実過給圧と目標過給圧とが厳密に一致している必要はなく、所定の誤差を許容する。すなわち、実過給圧が目標過給圧へ到達するよりも早く基本リフト量モードｓｔ３へ移行することにしてもよいし、あるいは、実過給圧が目標過給圧へ到達後に基本リフト量モードｓｔ３へ移行することにしてもよい。
【００５２】
基本リフト量モードｓｔ３の詳細については、図４を用いて後述する。その後、バルブ制御部２ｂは、基本リフト量モードｓｔ３からＦ／Ｂモードｓｔ１へ移行し、実過給圧と目標過給圧との誤差を少なくすることで、実過給圧を目標過給圧へ収束させることが可能となる。
【００５３】
続いて、図４を用いて、基本リフト量モードｓｔ３におけるバルブ開度を決定方法について説明する。図４は、基本リフト量モードｓｔ３におけるバルブ開度の決定方法を示す図である。
【００５４】
図４に示すように、バルブ制御部２ｂは、基本リフト量モードｓｔ３において、目標過給圧に応じた基本リフト量を記憶部３の基本リフト量情報３ａから読み出すとともに、補正値情報３２として記憶されたＩ補正量を読み出す。
【００５５】
そして、バルブ制御部２ｂは、目標過給圧に対応する基本リフト量にＩ補正量を加算することで、基本リフト量モードｓｔ３におけるＷＧＶ５５のバルブ開度に対応する目標リフト量を決定する。
【００５６】
その後、バルブ制御部２ｂは、目標リフト量に応じた駆動電流を決定し、かかる駆動電流によってＷＧＶ５５のＤＣモータ（不図示）を制御することになる。
【００５７】
次に、図５を用いてバルブ制御装置１が実行する処理手順について説明する。図５は、バルブ制御装置１が実行する処理手順を示すフローチャートである。なお、以下に示す処理手順は、バルブ制御装置１の制御部２によって繰り返し実行される。また、図５では、バルブ制御装置１が、Ｆ／Ｂモードｓｔ１で動作しているものとして説明する。
【００５８】
図５に示すように、バルブ制御装置１は、まず、過給要求を受け付けると、（ステップＳ１０１）、過給要求によって指示された目標過給圧が実過給圧＋αよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１０２）。なお、ステップＳ１０２に示すαは正の値であり、ステップＳ１０２では、目標過給圧が現在の実過給圧より所定値以上大きいか否かを判定する処理である。
【００５９】
続いて、バルブ制御装置１は、目標過給圧が実過給圧＋αよりも大きい場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、Ｉ補正量を保存し、閉切モードｓｔ２へ移行する（ステップＳ１０３）。
【００６０】
続いて、バルブ制御装置１は、閉切モードｓｔ２において、実過給圧が目標過給圧へ到達したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。バルブ制御装置１は、実過給圧が目標過給圧へ到達した場合（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、閉切モードｓｔ２から基本リフト量モードｓｔ３へ移行する（ステップＳ１０５）。
【００６１】
なお、上記のように、基本リフト量モードｓｔ３では、目標過給圧に対応する基本リフト量にステップＳ１０３にて保存したＩ補正量を加算して目標リフト量を決定する制御モードである。
【００６２】
その後、バルブ制御装置１は、Ｆ／Ｂモードｓｔ１へ移行し（ステップＳ１０６）、処理を終了する。また、バルブ制御装置１は、ステップＳ１０２の判定処理において、目標過給圧が実過給圧＋αよりも小さい場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）、Ｆ／Ｂモードｓｔ１を継続し（ステップＳ１０７）、処理を終了する。
【００６３】
また、バルブ制御装置１は、ステップＳ１０４の判定処理において、実過給圧が目標過給圧へ到達していない場合（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、閉切モードｓｔ２を継続し(ステップS１０８)、ステップS１０４の処理へ移行する。
【００６４】
上述したように、実施形態に係るバルブ制御装置１は、受付部２ａと、バルブ制御部２ｂとを備える。受付部２ａは、内燃機関１００への過給要求を受け付ける。バルブ制御部２ｂは、受付部２ａによって受け付けられた給要求に基づき、実過給圧を目標過給圧へ近づけるフィードバック制御によって算出した補正量を基本リフト量に加算することで、ＷＧＶ５５のバルブ開度を制御する。
【００６５】
また、バルブ制御部２ｂは、目標過給圧が所定値を超えて上昇した場合に、フィードバック制御を中断し、実過給圧が目標過給圧に到達するタイミングで、中断前の前記補正量を前記基本リフト量へ加算する。したがって、実施形態に係るバルブ制御装置１は、過給応答性を向上させることができる。
【００６６】
ところで、上述した実施形態では、目標過給圧が上昇する場合について説明したが、目標過給圧が降下する場合についても、本発明を適用することもできる。
【００６７】
この場合、バルブ制御部２ｂは、実過給圧が目標過給圧に到達するまで、ＷＧＶ５５を全開にし、その後、基本リフト量に前回の補正量を加算することで、バルブ開度を決定することができる。
【００６８】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な様態は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲および、その均等物によって定義される統括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変化が可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１    バルブ制御装置
２    制御部
２ａ  受付部
２ｂ  バルブ制御部
２２  サージタンク
４０  燃焼室
５１  バイパス通路
５５  ウェイストゲートバルブ
１００  内燃機関
【図１Ａ】
2020112124.tif 000003
【図１Ｂ】
2020112124.tif 000004
【図２】
2020112124.tif 000005
【図３】
2020112124.tif 000006
【図４】
2020112124.tif 000007
【図５】
2020112124.tif 000008