(57)【要約】【課題】過給機のコンプレッサをバイパスするバイパス通路に配置されたエアバイパスバルブの制御装置であって、機関減速時に吸気脈動を発生させないようにする。【解決手段】スロットル弁開度と、スロットル弁上流側のコンプレッサの過給圧と、スロットル弁下流側吸気圧とに基づき推定される現在のスロットル弁通過吸気流量ｍｔが、現在の過給圧に対して設定されたコンプレッサの吸気脈動発生上限流量ｍｓ以下となる時（ステップ１０４）には、エアバイパスバルブを開弁する（ステップ１０６）。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機のコンプレッサをバイパスするエアバイパス通路に配置されたエアバイパスバルブの制御装置であって、スロットル弁開度と、スロットル弁上流側の前記コンプレッサの過給圧と、スロットル弁下流側吸気圧とに基づき推定される現在のスロットル弁通過吸気流量が、現在の前記過給圧に対して設定されたコンプレッサの吸気脈動発生上限流量以下となる時には、前記エアバイパスバルブを開弁することを特徴とするエアバイパスバルブの制御装置。
【請求項２】
スロットル弁はアクチュエータにより開度制御されるものであり、現在のスロットル弁通過吸気流量を推定するための前記スロットル弁開度は現在の目標開度とすることを特徴とする請求項１に記載のエアバイパスバルブの制御装置。
【請求項３】
現在のスロットル弁通過吸気流量は、直前のスロットル弁通過吸気流量の変化量が大きいほど大幅に減量補正することを特徴とする請求項１に記載のエアバイパスバルブの制御装置。
【請求項４】
過給機のコンプレッサをバイパスするエアバイパス通路のエアバイパスバルブの制御装置であって、スロットル弁開度と、スロットル弁上流側の前記コンプレッサの過給圧と、スロットル弁下流側吸気圧とに基づき推定される現在のスロットル弁通過吸気流量、及び、スロットル弁下流側吸気圧に基づき推定される現在の吸気弁通過吸気流量のうちの少ない方が、現在の前記過給圧に対して設定されたコンプレッサの吸気脈動発生上限流量以下となる時には、前記エアバイパスバルブを開弁することを特徴とするエアバイパスバルブの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアバイパスバルブの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
過給機を備える内燃機関において、機関減速時にスロットル弁が急激に閉弁されると、過給機のコンプレッサとスロットル弁との間で吸気脈動が発生し、コンプレッサを破損させることがあるために、吸気脈動が発生した時には、コンプレッサをバイパスするバイパス通路に設けられたエアバイパスバルブを開弁し、コンプレッサ下流側の圧力を低下させて吸気脈動を抑制することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２５１２４０
【特許文献２】特開２００１−２８０１４４
【特許文献３】実開昭６２−１３５８３５
【特許文献４】特開昭６２−７８４３０
【特許文献５】実開昭６３−２４３２７
【特許文献６】特許４０１７３３６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の背景技術においては、実際に吸気脈動が発生してからエアバイパスバルブを開弁させるために、吸気脈動の持続によるコンプレッサの破損を防止することはできるが、僅かな時間でも吸気脈動が発生するために、異音が発生し、また、この時のエアフローメータの検出精度を低下させる。
【０００５】
従って、本発明の目的は、過給機のコンプレッサをバイパスするバイパス通路に配置されたエアバイパスバルブの制御装置であって、機関減速時に吸気脈動を発生させないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による請求項１に記載のエアバイパスバルブの制御装置は、過給機のコンプレッサをバイパスするエアバイパス通路に配置されたエアバイパスバルブの制御装置であって、スロットル弁開度と、スロットル弁上流側の前記コンプレッサの過給圧と、スロットル弁下流側吸気圧とに基づき推定される現在のスロットル弁通過吸気流量が、現在の前記過給圧に対して設定されたコンプレッサの吸気脈動発生上限流量以下となる時には、前記エアバイパスバルブを開弁することを特徴とする。
【０００７】
本発明による請求項２に記載のエアバイパスバルブの制御装置は、請求項１に記載のエアバイパスバルブの制御装置において、スロットル弁はアクチュエータにより開度制御されるものであり、現在のスロットル弁通過吸気流量を推定するための前記スロットル弁開度は現在の目標開度とすることを特徴とする。
【０００８】
本発明による請求項３に記載のエアバイパスバルブの制御装置は、請求項１に記載のエアバイパスバルブの制御装置において、現在のスロットル弁通過吸気流量は、直前のスロットル弁通過吸気流量の変化量が大きいほど大幅に減量補正することを特徴とする。
【０００９】
本発明による請求項４に記載のエアバイパスバルブの制御装置は、過給機のコンプレッサをバイパスするエアバイパス通路のエアバイパスバルブの制御装置であって、スロットル弁開度と、スロットル弁上流側の前記コンプレッサの過給圧と、スロットル弁下流側吸気圧とに基づき推定される現在のスロットル弁通過吸気流量、及び、スロットル弁下流側吸気圧に基づき推定される現在の吸気弁通過吸気流量のうちの少ない方が、現在の前記過給圧に対して設定されたコンプレッサの吸気脈動発生上限流量以下となる時には、前記エアバイパスバルブを開弁することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による請求項１に記載のエアバイパスバルブの制御装置によれば、現在のスロットル弁通過吸気流量は、吸気量を減少させる機関減速時において、直後のコンプレッサ通過吸気流量に確実に対応するために、スロットル弁開度と、スロットル弁上流側のコンプレッサの過給圧と、スロットル弁下流側吸気圧とに基づき現在のスロットル弁通過吸気流量を推定して、これが現在の過給圧に対して設定されたコンプレッサの吸気脈動発生上限流量以下となる時には、直後に確実に吸気脈動が発生することとなり、この時にエアバイパスバルブを開弁し、吸気脈動の発生を未然に防止するようになっている。
【００１１】
本発明による請求項２に記載のエアバイパスバルブの制御装置によれば、請求項１に記載のエアバイパスバルブの制御装置において、スロットル弁はアクチュエータにより開度制御されるものであり、現在のスロットル弁通過吸気流量を推定するためのスロットル弁開度は現在の目標開度としており、それにより、直後に実現されるスロットル弁開度に基づき推定されたスロットル弁通過吸気流量が、現在の過給圧に対して設定されたコンプレッサの吸気脈動発生上限流量以下となる現在において、エアバイパスバルブを開弁するようになっているために、直後に確実に発生する吸気脈動を前もって確実に防止することができる。
【００１２】
本発明による請求項３に記載のエアバイパスバルブの制御装置によれば、請求項１に記載のエアバイパスバルブの制御装置において、現在のスロットル弁通過吸気流量は、直前のスロットル弁通過吸気流量の変化量が大きいほど大幅に減量補正されるようにしており、それにより、直前のスロットル弁通過吸気流量の変化量が大きくコンプレッサ通過吸気流量も大幅に減少して吸気脈動が発生し易くなるほど現在のスロットル弁通過吸気流量が大きく減量補正され、現在の過給圧に対して設定されたコンプレッサの吸気脈動発生上限流量以下となり易くなるために、エアバイパスバルブが開弁されて直後に確実に発生する吸気脈動を前もって確実に防止することができる。
【００１３】
本発明による請求項４に記載のエアバイパスバルブの制御装置によれば、機関減速時において吸気弁のリフト量又は開弁期間等を制御して吸入量を減少させる場合には、現在のスロットル弁通過吸気流量、及び、現在の吸気弁通過吸気流量のうちの少ない方が、直後のコンプレッサ通過吸気流量に確実に対応するために、スロットル弁開度と、スロットル弁上流側のコンプレッサの過給圧と、スロットル弁下流側吸気圧とに基づき推定される現在のスロットル弁通過吸気流量、及び、現在のスロットル弁下流側吸気圧に基づき推定される現在の吸気弁通過吸気流量のうちの少ない方が現在の過給圧に対して設定されたコンプレッサの吸気脈動発生上限流量以下となる時には、直後に確実に吸気脈動が発生することとなり、この時にエアバイパスバルブを開弁し、吸気脈動の発生を未然に防止するようになっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明による制御装置により制御されるエアバイパスバルブを備える内燃機関を示す概略図である。同図において、１は機関本体であり、２は機関吸気系である。機関吸気系２には、ターボチャージャ又はスーパーチャージャのコンプレッサ３が配置され、コンプレッサ３の下流側にはインタークーラ４が配置され、インタークーラ４の下流側にはスロットル弁５が配置されている。スロットル弁５の上流側においてコンプレッサ３をバイパスするバイパス通路６が設けられ、バイパス通路６にはエアバイパスバルブ７が配置されている。
【００１５】
通常運転時において、吸気はコンプレッサ３により過給されて充填効率が高められるために、高い機関出力を得ることができる。一方、機関減速時となって必要な吸気量が激減すると、スロットル弁５の開度が急激に減少させられる。しかしながら、コンプレッサ３の過給圧は直ぐには減少せず、図２に示すように、コンプレッサ３を通過する吸気流量が、実線で示すコンプレッサ３の現在の過給圧に対する吸気脈動発生上限流量以下となると、コンプレッサ３とスロットル弁５との間において吸気脈動が発生する。
【００１６】
このような吸気脈動が持続すると、コンプレッサ３を破損させる等の問題を発生させるために、吸気脈動を抑制することが必要とされる。図３に示すように、機関減速時となってスロットル弁５の開度が減少させられると、当初は、点線で示すようにスロットル弁５を通過する吸気流量は徐々に減少し、実線で示すコンプレッサ３を通過する吸気流量は僅かに遅れて減少する。コンプレッサ３を通過する吸気流量は、次いで、急激に減少して、現在の過給圧（スロットル弁５の上流側圧力）に対する吸気脈動発生上限流量以下となり、一般的には、この時にエアバイパスバルブ７（ＡＢＶ）を開弁させるが、スロットル弁５の上流側圧力の脈動が発生してしまう。
【００１７】
このようなエアバイパスバルブ７の開弁によりコンプレッサ３の過給圧は急激に減少し、コンプレッサ３を通過する吸気流量は吸気脈動発生上限流量より多くなって吸気脈動は抑制されるが、僅かな時間でも吸気脈動が発生すると、異音が発生し、また、この時のエアフローメータの出力は信頼性が低いものとなる。
【００１８】
本制御装置は、電子制御装置であり、機関減速時の吸気脈動の発生を未然に防止することを目的としており、図５に示すフローチャートに従ってエアバイパスバルブ７の開閉を制御する。先ず、ステップ１０１において、機関減速時であるか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了する。一方、ステップ１０１の判断が肯定される時には、ステップ１０２において、現在のコンプレッサ３の過給圧、すなわち、現在のスロットル弁５の上流側吸気圧に対する吸気脈動発生上限流量ｍｓを算出又は図２のグラフから読み込むことにより設定する。
【００１９】
次いで、ステップ１０３において、スロットル弁５を通過する現在の吸気流量ｍｔを算出し、ステップ１０４に進む。ステップ１０４では、スロットル弁５を通過する現在の吸気流量ｍｔが現在の吸気脈動発生上限流量ｍｓ以下であるか否かが判断される。この判断が否定される時には、直ぐに吸気脈動が発生することはなく、ステップ１０５においてエアバイパスバルブ７を閉弁したまま終了する。こうして、過給圧を減少させる不必要なエアバイパスバルブ７の開弁を防止する。
【００２０】
図４に示すように、コンプレッサ３を通過する吸気流量（実線）は、スロットル弁５を通過する吸気流量（点線）に追従する。それにより、スロットル弁５を通過する現在の吸気流量ｍｔは、直後のコンプレッサ３を通過する吸気流量に対応しており、ステップ１０４の判断が肯定される時には、直後に吸気脈動が発生することを意味している。それにより、スロットル弁５を通過する現在の吸気流量ｍｔが現在の吸気脈動発生上限流量ｍｓ以下となってステップ１０４の判断が肯定される時には、ステップ１０６においてエアバイパスバルブ７（ＡＢＶ）を開弁し、コンプレッサ３の過給圧を低下させて対応する吸気脈動発生上限流量を低下させ、吸気脈動（上流側圧力の脈動）の発生を未然に防止するようになっている。
【００２１】
スロットル弁５を通過する吸気流量ｍｔ（スロットル弁通過吸気流量）は、機関吸気系をモデル化して算出するようになっている。先ず、スロットル弁５をモデル化することにより、吸気がスロットル弁５を通過する際のエネルギ保存則、運動量保存則、及び、状態方程式を使用して、今回のスロットル弁通過吸気流量ｍｔ(i)（ｇ／ｓｅｃ）が、次式（１）によって表される。以下の式を含めて、スロットル弁通過吸気流量等の変数の添え字（ｉ）は今回を示し、（ｉ−１）は前回を示している。
【数１】
2010038077.tif 000003
【００２２】
ここで、μ(i)は流量係数であり、Ａ(i)はスロットル弁５の開口面積（ｍ3）である。もちろん、機関吸気系にアイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣ弁）が設けられている時には、Ａ(i)には、ＩＳＣ弁の開口面積が加えられる。流量係数及びスロットル弁の開口面積は、それぞれがスロットル弁開度ＴＡ(i)（度）の関数となっており、図６及び７には、それぞれのスロットル弁開度ＴＡに対するマップが図示されている。Ｒは気体定数であり、Ｔａ(i)はスロットル弁上流側の吸気温度（Ｋ）であり、Ｐａｃ(i)はスロットル弁上流側の吸気圧力（ｋＰａ）、すなわち、コンプレッサ３の過給圧であり、Ｐｍ(i)はスロットル弁下流側の吸気圧力（ｋＰａ）である。また、関数Φ（Ｐｍ(i)／Ｐａｃ(i)）は、比熱比κを使用して次式（２）によって表されるものであり、図８にはＰｍ／Ｐａｃに対するマップが図示されている。
【数２】
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【００２３】
こうして、現在のスロットル弁上流側の吸気温度Ｔａ(i)、現在のスロットル弁上流側の吸気圧力Ｐａ(i)、現在のスロットル弁下流側の吸気圧力Ｐｍ(i)を測定して得ることにより、現在のスロットル弁開度ＴＡ(i)に基づき、スロットル弁通過吸気流量ｍｔ(i)を算出することができる。
【００２４】
ところで、気筒内へ供給される吸気流量ｍｃ(i)（ｇ／ｓｅｃ）、すなわち、吸気弁通過吸気流量は、スロットル弁下流側の吸気圧力Ｐｍ(i)に基づきほぼ線形に変化するものであるために、次式（３）によって表すことができる。
【数３】
2010038077.tif 000005
【００２５】
ここで、Ｔｍ(i)はスロットル弁下流側の吸気温度（Ｋ）であり、ａ及びｂは経験則から得られた定数である。但し、ｂは気筒内の残留既燃ガス量に相当する値であり、バルブオーバーラップがある場合には、吸気管へ既燃ガスが逆流するために、ｂの値は無視できないほど増加する。それにより、バルブオーバーラップの有無と、機関回転数ＮＥと、現在の吸気弁のリフト量とに基づき、正確な吸気弁通過吸気流量ｍｃ(i)が算出されるように、ａ及びｂの値をマップ化することが好ましい。また、バルブオーバーラップがある場合において、スロットル弁下流側の吸気圧力Ｐｍが所定圧力以上である時には、吸気圧力が高いほど既燃ガスの逆流が顕著に減少するために、所定値以下である時に比較して、ａの値を大きくしｂの値を小さくすることが好ましい。
【００２６】
次いで、スロットル弁下流側の吸気管をモデル化する。吸気管内に存在する吸気の質量保存則、エネルギ保存則、及び、状態方程式を使用して、吸気管圧力Ｐｍとスロットル弁下流側の吸気温度Ｔｍとの比における時間変化率は次式（４）によって表され、また、スロットル弁下流側の吸気圧力Ｐｍの時間変化率は次式（５）によって表される。ここで、Ｖは吸気管の容積（ｍ3）であり、具体的には、スロットル弁５の下流側の吸気系容積である。
【数４】
2010038077.tif 000006
【００２７】
式（４）及び式（５）は離散化され、それぞれ、次式（６）及び（７）が得られ、式（７）によって今回のスロットル弁下流側の吸気圧力Ｐｍ(i)が得られれば、式（６）によって今回のスロットル弁下流側の吸気温度Ｔｍ(i)を得ることができる。
【数５】
2010038077.tif 000007
【００２８】
こうして、現在のスロットル弁通過吸気流量ｍｔ(i)を算出するためのスロットル弁下流側の吸気圧力Ｐｍ(i)は、式（１）、（３）、（６）、及び、（７）を使用し、現在のスロットル弁上流側の吸気温度Ｔａ(i)と、現在のスロットル弁上流側の吸気圧力Ｐａｃ(i)、すなわち、コンプレッサの過給圧とを測定して、例えば初期値を大気圧とするなどして逐次的（例えば８ｍｓ毎に）に算出することも可能である。
【００２９】
ところで、機関減速時において、スロットル弁５の開度を比較的大きくし、吸気弁のリフト量又は開弁時間を制御して吸気量を減少させる場合には、スロットル弁通過吸気流量ｍｔは多く、吸気脈動発生上限流量ｍｓ以下となることはなく、この場合には、コンプレッサ３を通過する吸気流量は、吸気弁通過吸気流量ｍｃ(i)に追従することとなる。それにより、機関減速時において吸気弁のリフト量又は開弁時間が制御される場合に備えて、現在のスロットル弁通過吸気流量ｍｔ(i)、及び、現在の吸気弁通過吸気流量ｍｃ(i)のうちの少ない方が、現在の過給圧に対して設定されたコンプレッサの吸気脈動発生上限流量以下となる時に、エアバイパスバルブを開弁するようにしても良い。現在の吸気弁通過吸気流量ｍｃ(i)は、前述したように、上式（３）を使用して、スロットル弁下流側の吸気圧力Ｐｍ(i)に基づき算出することができる。
【００３０】
ところで、スロットル弁５が、アクセルペダルに機械的に連結するものではなく、アクチュエータによって駆動される場合には、実際のスロットル弁開度は、目標開度に対して遅れて実現される。それにより、スロットル弁通過吸気流量ｍｔを算出するのに使用するスロットル弁開度を目標開度とすれば、直後に実現されるスロットル弁開度に基づき推定されたスロットル弁通過吸気流量ｍｔが、現在の過給圧に対して設定されたコンプレッサの吸気脈動発生上限流量ｍｓ以下となる現在において、エアバイパスバルブＡＢＶを開弁するようになるために、直後に確実に発生する吸気脈動を前もって確実に防止することができる。
【００３１】
また、機関減速時において減少するスロットル弁通過吸気流量の変化量が大きいほど、次いでコンプレッサ通過吸気流量も大幅に減少することが予測され、コンプレッサ通過吸気流量が、吸気脈動発生上限流量以下となり易くなる。それにより、直前のスロットル弁通過吸気流量の変化量が大きいほど、算出されたスロットル弁通過吸気流量ｍｔ(i)を次式（８）に示すように、大幅に減量補正するようにすれば、現在の過給圧に対して設定されたコンプレッサの吸気脈動発生上限流量以下となり易くなるために、エアバイパスバルブが開弁されて直後に確実に発生する吸気脈動を前もって確実に防止することができる。
ｍｔ(i)＝ｍｔ(i)−ｋ（ｍｔ(i-1)−ｍｔ(i)）    ・・・（８）
【００３２】
ここで、ｋは０から１の間に設定された係数であり、機関減速時であるために、前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ(i-1)の方が今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ(i)より多く、変化量は（ｍｔ(i-1)−ｍｔ(i)）として正の値としている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明によるエアバイパスバルブの制御装置が取り付けられる内燃機関の概略図である。
【図２】過給圧に対する吸気脈動発生上限流量を示すグラフである。
【図３】機関減速時の一般的なＡＢＶ制御を示すスロットル弁開度、吸気流量、吸気圧力、及び、ＡＢＶ開閉のタイムチャートである。
【図４】機関減速時の本発明によるＡＢＶ制御を示すスロットル弁開度、吸気流量、吸気圧力、及び、ＡＢＶ開閉のタイムチャートである。
【図５】本発明によるＡＢＶ制御のためのフローチャートである。
【図６】スロットル弁開度ＴＡと流量係数μとの関係を示すマップである。
【図７】スロットル弁開度ＴＡとスロットル弁の開口面積Ａとの関係を示すマップである。
【図８】スロットル弁下流側の吸気圧Ｐｍとスロットル弁上流側の吸気圧Ｐａｃとの比と、関数Φとの関係を示すマップである。
【符号の説明】
【００３４】
１    機関本体
２    機関吸気系
３    コンプレッサ
５    スロットル弁
６    バイパス通路
７    エアバイパスバルブ
【図１】
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【図２】
2010038077.tif 000009
【図３】
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【図４】
2010038077.tif 000011
【図５】
2010038077.tif 000012
【図６】
2010038077.tif 000013
【図７】
2010038077.tif 000014
【図８】
2010038077.tif 000015