(57)【要約】【課題】吸気弁のバルブリフト機構を備える過給機付き内燃機関において、サージの発生時期に応じたエアバイパスバルブの開弁制御を行うことのできる過給機付き内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】吸気通路１０からコンプレッサ３２をバイパスするバイパス通路３６を開閉可能に構成されたＡＢＶ３８と、吸気弁のバルブリフト量を可変可能に構成された可変バルブリフト機構２４と、を備える過給機付き内燃機関において、目標スロットル開度に基づいて、スロットルを通過する空気量の目標値である目標スロットル通過空気量ｍｔを算出し、算出した目標スロットル通過空気量ｍｔが現在の過給圧から計算したコンプレッサ３２の吸気脈動発生上限流量ｍｓ以下となった場合に、所定のディレイ時間Ｔだけ遅らせてＡＢＶ３８を開く。ディレイ時間Ｔは目標スロットル開度および目標バルブリフト量に基づいて算出する。【選択図】図５
2014196678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサと、
前記吸気通路から前記コンプレッサをバイパスするバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉可能に構成されたエアバイパスバルブと、
吸気弁のバルブリフト量を可変可能に構成された可変バルブリフト機構と、
スロットルを目標スロットル開度に制御するスロットル制御手段と、
前記可変バルブリフト機構を目標バルブリフト量に制御するバルブリフト制御手段と、
前記目標スロットル開度に基づいて、前記スロットルを通過する空気量の目標値である目標スロットル通過空気量を算出する第１の算出手段と、
前記目標スロットル通過空気量が、現在の過給圧から計算した前記コンプレッサの吸気脈動発生上限流量以下となった場合に、所定のディレイ時間遅らせて前記エアバイパスバルブを開く制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記目標スロットル開度および前記目標バルブリフト量に基づいて、前記ディレイ時間を算出する第２の算出手段を含むことを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記第２の算出手段は、
前記目標スロットル開度が小さいほど短時間として算出される第１のディレイ時間と、前記目標バルブリフト量が大きいほど短時間として算出される第２のディレイ時間との総和を前記ディレイ時間として算出することを特徴とする請求項１記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記ディレイ時間中の前記目標スロットル通過空気量が、現在の過給圧から計算した前記コンプレッサの吸気脈動発生上限流量よりも大きくなった場合に、前記制御手段による前記エアバイパスバルブの開弁操作を制限する制限手段を更に備えることを特徴とする請求項１または２記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、過給機のコンプレッサをバイパスする通路に設けられたエアバイパスバルブの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開２０１０−３８０７７号公報には、過給機のコンプレッサをバイパスする吸気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が開示されている。この従来の制御装置では、機関減速時に吸気脈動（サージ）を発生させないようにするために、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空気量が、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いる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−３８０７７号公報
【特許文献２】特開２０１２−１５４２９２号公報
【特許文献３】特開２００７−２５５２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の制御装置では、機関減速時に吸気脈動（サージ）を発生させないようにするために、現在のスロットル弁通過空気量が吸気脈動発生上限以下となるときにエアバイパスバルブを開弁するようにしている。ここで、筒内に吸入される筒内空気量を制御するためのアクチュエータとしては、上述したスロットルの他に、例えば吸気弁のリフト量を可変に設定するための可変バルブリフト機構がある。可変バルブリフト機構を備える内燃機関では、吸気バルブリフト量を低リフト側へ操作することにより、スロットル開度を小開度側へ操作するのと同様の吸気絞り効果を得ることもできる。
【０００５】
しかしながら、バルブリフト量によって筒内空気量を制御した場合とスロットルによって制御した場合とでは、コンプレッサ下流の吸気通路の圧力分布状況が異なる。すなわち、機関減速時にスロットルが小開度側に操作されるとコンプレッサの下流からスロットルまでの吸気通路が高圧となるのに対して、バルブリフト量が低リフト側に操作されるとコンプレッサの下流から吸気弁までの吸気通路が高圧となる。この高圧となる吸気の容量差は、スロットルを通過する空気量が吸気脈動発生上限流量になってから実際にサージが発生するまでの時間に影響する。このため、機関減速時にサージを発生させないようにするための上記従来の技術を可変バルブリフト機構を備える内燃機関に適用した場合、サージの発生時期に応じた適切なタイミングでエアバイパスバルブの開弁を行うことができず、不要な過給圧の低下により再加速性が悪化するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、吸気弁のバルブリフト機構を備える過給機付き内燃機関において、サージの発生時期に応じたエアバイパスバルブの開弁制御を行うことのできる過給機付き内燃機関の制御装置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】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、過給機付き内燃機関の制御装置において、
内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサと、
前記吸気通路から前記コンプレッサをバイパスするバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉可能に構成されたエアバイパスバルブと、
吸気弁のバルブリフト量を可変可能に構成された可変バルブリフト機構と、
スロットルを目標スロットル開度に制御するスロットル制御手段と、
前記可変バルブリフト機構を目標バルブリフト量に制御するバルブリフト制御手段と、
前記目標スロットル開度に基づいて、前記スロットルを通過する空気量の目標値である目標スロットル通過空気量を算出する第１の算出手段と、
前記目標スロットル通過空気量が、現在の過給圧から計算した前記コンプレッサの吸気脈動発生上限流量以下となった場合に、所定のディレイ時間遅らせて前記エアバイパスバルブを開く制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記目標スロットル開度および前記目標バルブリフト量に基づいて、前記ディレイ時間を算出する第２の算出手段を含むことを特徴としている。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、
前記第２の算出手段は、
前記目標スロットル開度が小さいほど短時間として算出される第１のディレイ時間と、前記目標バルブリフト量が大きいほど短時間として算出される第２のディレイ時間との総和を前記ディレイ時間として算出することを特徴としている。
【０００９】
第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記ディレイ時間中の前記目標スロットル通過空気量が、現在の過給圧から計算した前記コンプレッサの吸気脈動発生上限流量よりも大きくなった場合に、前記制御手段による前記エアバイパスバルブの開弁操作を制限する制限手段を更に備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、目標スロットル開度に基づいて、スロットルを通過する空気量の目標値である目標スロットル通過空気量が算出される。そして、算出された目標スロットル通過空気量が、現在の過給圧に応じ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った場合に、所定のディレイ時間遅らせてエアバイパスバルブが開弁される。ここで、スロットルおよび可変バルブリフトが目標スロットル開度および目標バルブリフト量に操作されてからコンプレッサの吸気脈動（サージ）が実際に発生するまでの時間は、目標スロットル開度および目標バルブリフト量の大きさに応じて異なる。このため、本発明によれば、目標スロットル開度および目標バルブリフト量に基づいてディレイ時間が算出されるので、実際にサージが発生する時期に応じたエアバイパスバルブの開弁制御を行うことができる。
【００１１】
第２の発明によれば、主として目標スロットル開度が小さくされることにより目標スロットル通過空気量が吸気脈動発生上限流量以下となった場合には、主として目標バルブリフト量が小さくされることにより目標スロットル通過空気量が吸気脈動発生上限流量以下となった場合に比してディレイ時間が短く算出される。内燃機関の減速時等において、スロットルが小開度側に操作されるとコンプレッサの下流からスロットルまでの吸気空間が高圧となるのに対して、バルブリフト量が小リフト側に操作されるとコンプレッサの下流から吸気弁までの吸気空間が高圧となる。この高圧吸気の容量差は、吸気系アクチュエータが操作されてから実際にサージが発生するまでの時間に影響する。このため、本発明によれば、実際にサージが発生する時期に応じたディレイ時間の設定を行うことが可能となる。
【００１２】
第３の発明によれば、ディレイ時間中の目標スロットル通過空気量が現在の過給圧に応じて設定された吸気脈動発生上限流量以上となった場合には、エアバイパスバルブの開弁が制限される。このため、本発明によれば、サージが発生しない場合にエアバイパスバルブが開弁される事態を有効に回避することができるので、不必要な過給圧の急減を回避して再加速時の応答性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施の形態に係る制御装置が用いられる過給エンジンの構成を示す概略図である。
【図２】コンプレッサの作動領域とサージ領域との関係を説明するための図である。
【図３】吸気絞り動作時の吸気通路内の圧力状態を説明するための図である。
【図４】ディレイ時間Ｔｔ及びディレイ時間Ｔｖを算出するためのマップの一例を示す図である。
【図５】本実施の形態に係る制御装置によって実行される制御ルーチン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】
【００１４】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。
【００１５】
［実施の形態１の構成］
本実施の形態に係る制御装置が用いられる内燃機関（以下、「エンジン」とも称する）は、ターボ過給機を備えた過給エンジンであり、より詳しくは、スロットルによる空気量の調整によってトルクを制御することのできる４サイクルレシプロエンジンである。図１は、本実施の形態に係る制御装置が用いられる過給エンジンの構成を示す概略図である。本実施の形態に係る過給エンジンは、吸気通路１０に設けられたコンプレッサ３２と排気通路２０に設けられたタービン３４とからなるターボ過給機３０を備えている。吸気通路１０はエンジン本体２に取り付けられた吸気マニホールド１８に接続されている。吸気通路１０の入口にはエアクリーナ１２が設けられ、その下流であってコンプレッサ３２よりも上流には空気流量を計測するためのエアフローメータ４２が配置されている。
【００１６】
吸気通路１０におけるコンプレッサ３２とスロットル１６との間にはインタークーラ１４が設けられている。インタークーラ１４の出口には、スロットル１６の上流部の圧力、すなわち、過給圧を計測するための過給圧センサ４４が取り付けられている。また、吸気通路１０には、コンプレッサ３２の下流側から上流側へコンプレッサ３２をバイパスして空気を再循環させるための吸気バイパス通路３６が設けられている。吸気バイパス通路３６の途中には、当該吸気バイパス通路３６の開閉を行うエアバイパスバルブ（以下、「ＡＢＶ」とも称する）３８が設けられている。このエアバイパスバルブ３８は、任意の開度を実現するアクティブ制御対応の電動式のエアバイパスバルブであり、例えばスロットル１６の急閉時に開弁されることによりサージの発生を抑制してコンプレッサ３２を保護するためのものである。排気通路２０はエンジン本体２に取り付けられた排気マニホールド２２に接続されている。排気通路２０には、タービン３４をバイパスして排気ガスを流すためのウエストゲートバルブ４０が設けられている。
【００１７】
エンジン本体２の各気筒には図示しない吸気弁及び排気弁を介して吸気マニホールド１８及び排気マニホールド２２が連通している。また、吸気弁にはバルブリフト量を可変に設定するための可変バルブリフト機構２４が設けられている。なお、本実施の形態の可変バルブリフト機構２４としては、例えば、複数の吸気カムを切り替えることにより、吸気弁のリフト量と共に作用角を段階的に変更する機構を用いてもよいし、また、制御軸を回転させることでリフト量及び作用角を連続的に変更できる機構を用いてもよい。
【００１８】
本実施の形態に係る制御装置は、過給エンジンを制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００の機能の一部として実現される。ＥＣＵ１００には、エアフローメータ４２や過給圧センサ４４の他にも吸気管圧センサ４６，エンジン回転数センサ４８、アクセル開度センサ５０等の各種のセンサから、エンジンの運転状態や運転条件に関する様々な情報や信号が入力される。ＥＣＵ１００は、それらの情報や信号に基づいてスロットル１６、可変バルブリフト機構２４及びエアバイパスバルブ３８等の各種のアクチュエータを操作する。
【００１９】
［実施の形態１の動作］
次に、図２乃至図４を参照して本実施の形態１の動作について説明する。過給エンジンの過給状態においてスロットル１６の急閉又はバルブリフト量の急減を行うと、コンプレッサ３２の回転数が低下する前にエンジン本体２へ取り込まれる空気量が急減する。この場合、コンプレッサ３２の下流の空気の行き場が失われてコンプレッサ３２へ逆流することにより吸気脈動（サージ）が発生する場合がある。サージが発生すると、コンプレッサ３２におけるサージ音や吸気の逆流による空燃比ズレ等の問題が発生する。
【００２０】
このような問題を回避するために、従来からコンプレッサ３２の作動領域がサージ発生領域に移行した場合にエアバイパスバルブ３８を開く制御が行われている。このことを図２を用いて更に詳細に説明する。図２は、コンプレッサの作動領域とサージ領域との関係を説明するための図である。ここで、図２ではコンプレッサ３２の作動領域を規定するためのパラメータとして、コンプレッサ３２を通過する空気量（以下、「コンプレッサ通過空気量」と称する）とコンプレッサ３２の上流側に対する下流側の圧力比（以下、「コンプレッサ圧力比」と称する）とを用いている。尚、コンプレッサ３２の上流側の圧力は大気圧とほぼ等価であるため、コンプレッサ圧力比はコンプレッサ３２の下流側の圧力（すなわち過給圧）に置換してもよい。
【００２１】
図２に示すように、コンプレッサ３２のサージが発生する際にコンプレッサ３２を通過する空気量の上限（図中のサージ領域との境界）であるサージ発生上限流量ｍｓは、コンプレッサ圧力比に応じて変化する。より具体的には、サージ発生上限流量ｍｓはコンプレッサ圧力比が高くなるにつれて多くなる。
【００２２】
ここで、コンプレッサ通過空気量はスロットル１６を通過する空気量（以下、「スロットル通過空気量」と称する）に追従する。したがって、スロットル１６或いは可変バルブリフト機構２４等の吸気系アクチュエータが操作されることにより実現されるスロットル通過空気量である目標スロットル通過空気量ｍｔが現在のコンプレッサ圧縮比に対応するサージ発生上限流量ｍｓ以下となった場合には、その後にサージが発生すると判断することができる。そこで、従来のエアバイパスバルブ制御では、目標スロットル通過空気量ｍｔ≦サージ発生上限流量ｍｓが成立した場合にエアバイパスバルブ３８が開弁される。エアバイパスバルブ３８が開くとコンプレッサ３２の下流側の圧力（過給圧）が下がるので、サージ発生上限流量ｍｓが低下し、これによりサージの発生が回避される。
【００２３】
但し、エアバイパスバルブ３８が開かれると、サージの発生の防止には一定の効果があるが、過給圧の低下により再加速時のターボラグが問題となる場合がある。このため、エアバイパスバルブ３８を開弁する期間は必要最小限とすることが望ましい。また、目標スロットル通過空気量ｍｔがサージ発生上限流量ｍｓとなってから実際にサージが発生するまでの時間は、吸気絞り動作に使用される吸気系アクチュエータによって異なる。図３は、吸気絞り動作時の吸気通路内の圧力状態を説明するための図であり、（Ａ）はスロットル１６を用いて吸気絞り動作を行った場合の様子を、（Ｂ）は可変バルブリフト機構２４を用いて吸気絞り動作を行った場合の様子を、それぞれ示している。図中（Ａ）に示すように、過給状態からスロットル１６の開度を小開度方向に操作した場合、コンプレッサ３２の下流からスロットル１６までの吸気通路内の圧力が上昇する。これに対して、図中（Ｂ）に示すように、過給状態からバルブリフト量を低リフト側に操作した場合、コンプレッサ３２の下流から吸気バルブまでの吸気通路内の圧力が上昇する。この吸気容量の差はアクチュエータを作動させてから実際にサージが発生するまでの時間に影響する。より詳しくは、同じ目標スロットル通過空気量ｍｔが実現される場合であっても、スロットル１６を操作した場合には、可変バルブリフト機構２４を操作した場合よりも、操作からサージ発生までの時間が短くなる。このため、各アクチュエータの操作量を考慮せずに上述したエアバイパスバルブ３８の開弁制御を行うこととすると、例えば可変バルブリフト機構２４が主として操作された場合においては、エアバイパスバルブ３８が不必要に早く開かれてしまうおそれがある。
【００２４】
そこで、本実施の形態の制御装置では、目標スロットル通過空気量ｍｔがサージ発生上限流量ｍｓとなってから所定のディレイ時間Ｔだけ遅らせてエアバイパスバルブ３８を開くこととする。ディレイ時間Ｔは目標スロットル開度から算出されたディレイ時間Ｔｔと目標バルブリフト量から算出されたディレイ時間Ｔｖとを加算することにより算出される。図４は、ディレイ時間Ｔｔ及びディレイ時間Ｔｖを算出するためのマップの一例を示す図である。この図に示すように、ディレイ時間Ｔｔは目標スロットル開度が大きいほど大きな値として算出され、ディレイ時間Ｔｖは目標バルブリフト量が大きいほど小さな値として算出される。これにより、主として可変バルブリフト機構２４により吸気絞り動作を行った場合のディレイ時間Ｔは、主としてスロットル１６により吸気絞り動作を行った場合のそれよりも長く算出されるので、実際にサージが発生する時期に対応したエアバイパスバルブ３８の開弁制御が可能となる。
【００２５】
尚、目標スロットル通過空気量ｍｔがサージ発生上限流量ｍｓ以下となった場合であっても、サージ発生前に再加速する場合においては、エアバイパスバルブ３８を開かなくてもサージが発生するおそれはない。このような運転状態は、例えば過給状態において運転者が一旦アクセルペダルを離した直後に再度踏み直すような場合に起こりうる。このような場合にエアバイパスバルブ３８を開いてしまうと過給圧の低下によって再過給時の過給応答性が低下してしまう。
【００２６】
そこで、本実施の形態の制御装置では、ディレイ時間が経過するまでの間に目標スロットル通過空気量ｍｔがサージ発生上限流量ｍｓよりも多くなった場合には、エアバイパスバルブ３８の開弁を行わないこととする。これにより、不必要なエアバイパスバルブ３８の開弁を回避して再加速時の応答性を高めることが可能となる。
【００２７】
［実施の形態１の具体的処理］
次に、図５を参照して本実施の形態の制御装置において実行されるエアバイパスバルブの開弁制御の具体的処理について説明する。図５は、本実施の形態でＥＣＵ１００により実行される制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、図５に示す制御ルーチンは、過給エンジンの運転中に繰り返し実行されるものとする。
【００２８】
図５に示す制御ルーチンでは、先ず、アクセル開度センサ５０の開度信号から過給エンジンの減速時か否かが判定される（ステップＳ１００）。その結果、減速時でないと判定された場合には、サージが発生するおそれはないと判断されて、エアバイパスバルブ３８を開くことなく本ルーチンは速やかに終了される。一方、減速時であると判断された場合には、サージが発生する可能性があると判断されて、次のステップに移行し、サージ発生上限流量ｍｓが算出される（ステップＳ１０２）。ここでは、具体的には、過給圧センサ４４によって検出された現在の過給圧に対応するサージ発生上限流量ｍｓがマップから特定される。
【００２９】
次に、目標スロットル通過空気量ｍｔが算出される（ステップＳ１０４）。ここでは、具体的には、スロットル１６の前後の差圧、スロットル開度により決まる流路面積、及び流量係数を基本とするオリフィスの流量式に、運転条件から算出された目標スロットル開度、過給圧センサ４４により検出された過給圧、及び吸気管圧センサ４６により検出された吸気管圧等の情報が入力され、それらの入力情報から目標スロットル通過空気量ｍｔが算出される。
【００３０】
次に、サージ発生判定が行われる（ステップＳ１０６）。ここでは、具体的には、上記ステップＳ１０４において算出された目標スロットル通過空気量ｍｔが上記ステップＳ１０２において算出されたサージ発生上限流量ｍｓ以下であるか否かが判定される（ステップＳ１０６）。その結果、ｍｔ≦ｍｓの成立が認められない場合には、サージが発生するおそれはないと判断されて、後述するステップＳ１１４に移行してエアバイパスバルブ３８が閉弁状態に維持されて本ルーチンは終了される。
【００３１】
一方、上記ステップＳ１０６においてｍｔ≦ｍｓの成立が認められた場合には、目標スロットル通過空気量ｍｔが実現された場合にサージが発生すると判断されて、次のステップに移行してディレイ時間Ｔが算出される（ステップＳ１０８）。ここでは、具体的には、運転条件から算出された目標バルブリフト量及び目標スロットル開度に対応するディレイ時間Ｔｖ及びＴｔが、図４に示すマップに基づいて算出される。そして、ディレイ時間Ｔｖとディレイ時間Ｔｔとの和がディレイ時間Ｔとして算出される。
【００３２】
次に、ディレイ時間Ｔが経過した時点において再びサージ判定が行われる（ステップＳ１１０）。ここでは、具体的には、ディレイ時間Ｔが経過した時点における運転条件において再度目標スロットル通過空気量ｍｔおよびサージ発生上限流量ｍｓが算出され、その大小が比較される。尚、このサージ判定はディレイ時間中に行うこととしてもよい。その結果、ｍｔ≦ｍｓの成立が認められた場合にはサージが確実に発生すると判断されて、次のステップに移行し、エアバイパスバルブ３８が開弁される（ステップＳ１１２）。
【００３３】
一方、上記ステップＳ１１０における判定の結果、ｍｔ≦ｍｓの成立が認められない場合には、再加速要求等によってサージが発生しない運転条件になったと判断されて、次のステップに移行し、エアバイパスバルブ３８が閉弁状態に維持される（ステップＳ１１４）。
【００３４】
以上説明したとおり、本実施の形態の制御装置によれば、実際にサージが発生するタイミングに合わせてエアバイパスバルブ３８を開くことができるので、エアバイパスバルブ３８が開弁を必要最低限に留めることができる。また、本実施の形態の制御装置によれば、ディレイ期間経過までの間にサージが発生しない運転条件に移行した場合にエアバイパスバルブ３８の開弁を制限することができるので、再加速時における過給応答性の低下を有効に抑制することができる。
【００３５】
ところで、上述した実施の形態の制御装置では、目標スロットル通過空気量ｍｔを算出する際に過給圧及び吸気管圧の計測値を用いることとしたが、インタークーラモデルや吸気管モデル等の物理モデルで算出された値を用いる構成としてもよい。また、上述した方法以外でも、例えば特許文献１に開示されている公知の手法等を用いることとしてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
２  エンジン本体
１０  吸気通路
２０  排気通路
３０  ターボ過給機
３２  コンプレッサ
３４  タービン
３６  吸気バイパス通路
３８  エアバイパスバルブ
４０  ウエストゲートバルブ
４２  エアフローメータ
４４  過給圧センサ
４６  吸気管圧センサ
４８  エンジン回転数センサ
５０  アクセル開度センサ
１００  ＥＣＵ（制御装置）
【図１】
2014196678.tif 000003
【図２】
2014196678.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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