(57)【要約】      （修正有）【課題】２段式過給システムにおける動作切り替え時の加速性の向上、過給圧制御の安定性、信頼性の向上を図る。【解決手段】ギア切替の発生から所定時間内にあって、高圧ターボチャージャと低圧ターボチャージャの動作の切替状態にあると判定された場合Ｓ１０２，Ｓ１０４、モデル制御に基づいて算定される、高圧ターボチャージャを構成する高圧用ウェストゲートの目標開度の最低値を、切替時用の最低圧力比に応じた最低開度に制限しＳ１０６、低圧ターボチャージャのみを動作せしめる際に、高圧用ウェストゲートを非全開状態に維持することで、２段式過給システムにおける動作切り替え時の加速性の向上を可能とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ターボチャージャ及び低圧ターボチャージャを用いて内燃機関の吸入空気を加圧して前記内燃機関へ送り込むよう構成されてなる２段式過給システムおける前記吸入空気の過給圧を、電子制御ユニットにおいて実行されるモデル制御に基づいて制御可能に構成されてなる過給圧制御装置における過給圧制御方法であって、
ギア切替の発生から所定時間内にあって、前記高圧ターボチャージャと前記低圧ターボチャージャの動作の切替状態にある場合、前記モデル制御に基づいて算定される、前記高圧ターボチャージャを構成する高圧用ウェストゲートの目標開度の最低値を、予め定められた切替時用の最低開度に制限し、前記低圧ターボチャージャのみが動作せしめられる際に、前記高圧用ウェストゲートを非全開状態とすることを特徴とする過給圧制御方法。
【請求項２】
前記切替時用の最低開度は、前記高圧用ウェストゲートの入口側の圧力に対する出口側の圧力の比である切替時最低圧力比に基づいて定められ、前記切替時最低圧力比は、前記高圧ターボチャージャを構成する高圧用タービンの流量に応じて定められることを特徴とする請求項１記載の過給圧制御方法。
【請求項３】
高圧ターボチャージャ及び低圧ターボチャージャを用いて内燃機関の吸入空気を加圧して前記内燃機関へ送り込むよう構成されてなる２段式過給システムおける前記吸入空気の過給圧を、電子制御ユニットにおいて実行されるモデル制御に基づいて制御可能に構成されてなる過給圧制御装置であって、
前記電子制御ユニットは、
ギア切替の発生から所定時間内にあって、前記高圧ターボチャージャと前記低圧ターボチャージャの動作の切替状態にあると判定された場合、前記モデル制御に基づいて算定される、前記高圧ターボチャージャを構成する高圧用ウェストゲートの目標開度の最低値を、予め定められた切替時用の最低開度に制限し、前記低圧ターボチャージャのみを動作せしめる際に、前記高圧用ウェストゲートを非全開状態とするよう構成されてなることを特徴とする過給圧制御装置。
【請求項４】
前記電子制御ユニットは、
前記切替時用の最低開度を、前記高圧用ウェストゲートの入口側の圧力に対する出口側の圧力の比である切替時最低圧力比に基づいて算出し、前記切替時最低圧力比を、前記高圧ターボチャージャを構成する高圧用タービンの流量に応じて算出するよう構成されてなることを特徴とする請求項３記載の過給圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸入空気を過給する過給機による過給圧制御方法及び過給圧制御装置に係り、特に、車両の加速シフトアップ時における加速性の向上と共に、過給圧制御の安定性、信頼性の向上等を図ったものに関する。
【背景技術】
【０００２】
過給機は、内燃機関へ強制的に空気を送り込むことにより、エミッション対策に有効な手段であるため、過給圧の制御方法及び装置等について、種々の方法、装置等が提案、実用化されていることは従来から良く知られている通りである。
このような過給圧装置の１つとして、車両の走行状態に応じてより適切な過給圧制御を可能とする等の観点から、高圧過給機と低圧過給機の２つを設けた、いわゆる２段式過給システムなどが提案、実用化されている（例えば、特許文献１等参照）。
【０００３】
上述のような２段式過給システムの場合、通常、車両のエンジンが低回転状態にある場合には２つの過給機を作動させる（２段動作）一方、回転数が上昇すると低圧過給機のみを作動させて（１段動作）、エンジンの回転状態に応じて作動させる過給機の台数を使い分け、効率的な過給圧制御が実現できるようにしている。
【０００４】
ところで、上述のような２段式過給システムにおいては、２段動作から１段動作に移行した際、停止状態とされる高圧過給機はバイパス状態とされて、過給動作は完全に停止状態とされるが、この時、車両が加速シフトアップされると、エンジン回転数は一時的に低下するため、過給システムの動作は、１段動作から再び２段動作へ切り替えられることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１３８８４５号公報（第５−９頁、図１−図１３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、１段動作から２段動作時に戻った際に、高圧過給機が作動開始されても、それまで完全に停止状態に維持されていたために、回転が所要の回転状態に達するには時間を要するだけではなく、回転数を上げるために排気エネルギーが使われるために、過給圧が一時的に落ち込み、２段動作時切替時におけるトルクの立ち上がりに遅延を招き、加速性を悪化させるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、２段式過給システムにおける動作切り替え時の加速性の向上と共に、過給圧制御の安定性、信頼性の向上を可能とする過給圧制御方法及び過給圧制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る過給圧制御方法は、
高圧ターボチャージャ及び低圧ターボチャージャを用いて内燃機関の吸入空気を加圧して前記内燃機関へ送り込むよう構成されてなる２段式過給システムおける前記吸入空気の過給圧を、電子制御ユニットにおいて実行されるモデル制御に基づいて制御可能に構成されてなる過給圧制御装置における過給圧制御方法であって、
ギア切替の発生から所定時間内にあって、前記高圧ターボチャージャと前記低圧ターボチャージャの動作の切替状態にある場合、前記モデル制御に基づいて算定される、前記高圧ターボチャージャを構成する高圧用ウェストゲートの目標開度の最低値を、予め定められた切替時用の最低開度に制限し、前記低圧ターボチャージャのみが動作せしめられる際に、前記高圧用ウェストゲートを非全開状態とするよう構成されてなるものである。
また、上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る過給圧制御装置は、
高圧ターボチャージャ及び低圧ターボチャージャを用いて内燃機関の吸入空気を加圧して前記内燃機関へ送り込むよう構成されてなる２段式過給システムおける前記吸入空気の過給圧を、電子制御ユニットにおいて実行されるモデル制御に基づいて制御可能に構成されてなる過給圧制御装置であって、
前記電子制御ユニットは、
ギア切替の発生から所定時間内にあって、前記高圧ターボチャージャと前記低圧ターボチャージャの動作の切替状態にあると判定された場合、前記モデル制御に基づいて算定される、前記高圧ターボチャージャを構成する高圧用ウェストゲートの目標開度の最低値を、予め定められた切替時用の最低開度に制限し、前記低圧ターボチャージャのみを動作せしめる際に、前記高圧用ウェストゲートを非全開状態とするよう構成されてなるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、加速シフトアップ時に、２段式過給システムが動作切り替え状態にある場合、動作停止状態とされる高圧用ウェストゲートの開度を、従来と異なり、非全開状態に維持できるようにしたので、高圧ターボチャージャが動作開始せしめられた際の実過給圧への立ち上がりが、従来比して向上され、過給圧の落ち込みが抑圧され、加速性の向上と共に、過給圧制御の安定性、信頼性の向上を図ることができるという効果を奏するものである。さらに、モデル制御により圧力比を推定し制限しているため、より正確で適切な制限が可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態における過給圧制御装置の構成例を示す構成図である。
【図２】図１に示された過給圧制御装置を構成する電子制御ユニットにより実行される本発明の実施の形態における過給圧制御処理の手順を示すサブルーチンフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態における過給圧制御装置における加速シフトアップ時の目標過給圧と実過給圧の変化例を説明する模式図であって、図３（Ａ）はギア段の変化とエンジン回転数の変化を模式的に示した模式図、図３（Ｂ）は目標過給圧と実過給圧の変化例を模式的に示した模式図である。
【図４】従来の過給圧制御装置における加速シフトアップ時の目標過給圧と実過給圧の変化例を説明する模式図であって、図４（Ａ）はギア段の変化とエンジン回転数の変化を模式的に示した模式図、図４（Ｂ）は目標過給圧と実過給圧の変化例を模式的に示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図４を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における過給圧制御装置の構成について、図１を参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態における過給圧制御装置は、２つの過給機を有するいわゆる２段式過給システムが構成されたものとなっており、本発明の実施の形態における過給機は、ターボ式過給機（以下、「ターボチャージャ」と称する）を用いたものとなっている。
【００１２】
すなわち、まず、ディーゼルエンジンを用いたエンジン１には、燃焼に必要な空気を取り入れる吸気管２が、エンジン１のインテーク・マニホールド（図示せず）に、また、エンジン１からの排気ガスを排気するための排気管３が、エキゾースト・マニホールド（図示せず）に、それぞれ接続されて設けられている。
【００１３】
そして、吸気管２と排気管３の配管途中の適宜な位置には、エンジン１側から、高圧ターボチャージャ４、低圧ターボチャージャ５が、適宜な間隔を隔てて設けられている。
高圧ターボチャージャ４と低圧ターボチャージャ５は、いずれも、その基本的な構成は、従来のターボチャージャの構成と同一である。
すなわち、高圧ターボチャージャ４は、高圧用タービン６と高圧用圧縮機７とを主たる構成要素として、低圧ターボチャージャ５は、低圧用タービン８と低圧用圧縮機９とを主たる構成要素として、それぞれ構成されたものとなっている。
なお、本発明の実施の形態において、高圧用タービン６は、可変ノズルターボ（図示せず）を用いたものとなっている。かかる可変ノズルターボは、タービンに可変ノズル機構を設けた従来から良く知られている構造のものである。
【００１４】
高圧用タービン６と低圧用タービン８は、排気管３の途中の適宜な位置に、エンジン１側から下流側へ向かって、高圧用タービン６、低圧用タービン８の順で適宜な間隔を隔てて設けられている。
また、高圧用圧縮機７と低圧用圧縮機９は、吸気管２の途中の適宜な位置に、エンジン１側から上流側へ向かって、高圧用圧縮機７、低圧用圧縮機９の順で適宜な間隔を隔てて設けられている。
【００１５】
そして、高圧用タービン６の前後には、高圧用ウェストゲート１１が、低圧用タービン８の前後には、低圧用ウェストゲート１２が、それぞれ設けられており、それぞれの開度調整と、高圧用タービン６の可変ノズルの調整により、高圧用タービン６、低圧用タービン８へ流入せしめられる排気ガスの流量、換言すれば、過給圧の制御が可能となっている。
また、高圧用圧縮機７の前後には、バイパス弁１３が設けられており、必要に応じて高圧用圧縮機７をバイパスできるようになっている。
【００１６】
また、吸気管２と排気管３は、高圧ターボチャージャ４とエンジン１の間の適宜な箇所に設けられた連通管１４によって相互に連通されるようになっている。
この連通管１４の途中の適宜な位置には、排気ガス再循環用バルブ１５が設けられており、その開度調整により排気管３から吸気管２への排気ガスの帰還量が可変可能となっている。
【００１７】
また、吸気管２において、高圧用圧縮機７と連通管１４の間の適宜な位置には、高圧用圧縮機７側から、吸入空気の冷却を行うインタークーラ１６、吸入空気の量を調整するためのインテークスロットルバルブ１７が、適宜な間隔を隔てて順に設けられている。そして、インテークスロットルバルブ１７と連通管１４との間の吸気管２の適宜な位置には、インテークスロットルバルブ１７側から、過給圧を検出する過給圧センサ１８、エンジン１の吸気空気の温度を検出する吸気温センサ１９が、適宜な間隔を隔てて順に設けられている。
【００１８】
上述の高圧用タービン６を構成する可変ノズルターボ（図示せず）、高圧用ウェストゲート１１及び低圧用ウェストゲート１２、並びに、バイパス弁１３や排気ガス再循環用バルブ１５、インテークスロットルバルブ１７は、電子制御ユニット１０１により、その開度が制御されるようになっている。
電子制御ユニット１０１は、例えば、公知・周知の構成を有してなるマイクロコンピュータを中心に、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子（図示せず）を備えると共に、入出力インターフェイス回路（図示せず）を主たる構成要素として構成されてなるものである。
【００１９】
かかる電子制御ユニット１０１は、エンジン１の動作制御に必要な種々のソフトウェアによる制御処理を実行するようになっており、その制御処理の１つとして、後述する本発明の実施の形態における過給圧制御処理が実行されるものとなっている。
この電子制御ユニット１０１には、先の過給圧センサ１８や吸気温センサ１９の検出信号の他、図示されないセンサ等により検出された大気圧、エンジン回転数、アクセル開度、エンジン冷却水温等が入力されエンジン動作制御処理や後述する本発明の実施の形態における過給圧制御処理等に供されるようになっている。
【００２０】
次に、電子制御ユニット１０１により実行される本発明の実施の形態における過給圧制御処理について、図２乃至図４を参照しつつ説明する。
まず、本発明の実施の形態における過給圧制御処理が実行される過給圧制御装置の前提条件について説明する。
本発明の実施の形態における過給圧制御装置は、過給圧制御がいわゆるモデル制御に基づき実行されるよう構成されたものであることを前提とする。
すなわち、モデル制御に基づく過給圧の制御は、高圧ターボチャージャ４や低圧ターボチャージャ５、並びに、吸気管２及び排気管３等からなる過給システムを熱力学等に基づいてモデル化し、実際に取得される過給圧等のデータを、そのモデルに入力して過給システムの制御目標値であるモデル値を得て、ターボチャージャの動作状態がそのモデル値の状態に達するよう動作制御を行うことを基本とするものである。
【００２１】
なお、ここで、制御目標値（モデル値）とされる物理量は、例えば、過給圧やターボチャージャの回転数等であるが、何がモデル値とされるかは、熱力学等に基づくモデルを如何に設定するかによって種々であり、特定のものに限定される必要はなく、過給システムが熱力学等に基づいてモデル化され、そのモデルに基づいて過給圧の制御がなされるものであれば良いものである。
【００２２】
本発明の実施の形態においては、電子制御ユニット１０１において、モデル制御による演算により目標過給圧及び高圧用ウェストゲート１１、低圧用ウェストゲート１２のそれぞれの目標開度が算出され、これら目標過給圧、目標開度となるように動作制御が行われるものとなっている。
すなわち、本発明の実施の形態における過給圧制御装置における過給圧制御は、エンジン１が低回転状態にある場合には、２つのターボチャージャ４，５がモデル制御により駆動される一方、エンジン１が高回転状態となると、低圧側の低圧ターボチャージャ５のみがモデル制御により駆動されるのを基本とするものである。
なお、以下、必要に応じて、２つのターボチャージャ４，５が駆動される状態を、「２ステージ動作」又は「２段動作」と称し、低圧ターボチャージャ５のみが駆動される状態を、「１ステージ動作」又は「１段動作」と称することとする。
【００２３】
また、本発明の実施の形態においては、電子制御ユニット１０１において、目標開度の算出に先立ち、高圧用ウェストゲート１１、低圧用ウェストゲート１２のそれぞれの目標圧力比が、モデル制御に基づいて算定されるようになっている。
ここで、目標圧力比は、ウェストゲートの前後の圧力比である。すなわち、ウェストゲートの入口側の圧力に対する出口側の圧力の比である。
そして、目標圧力比から、予め定められた目標圧力比と目標開度との相関関係に基づいて、算定された目標圧力比に対応する目標開度が算定されるものとなっている。
【００２４】
さらに、本発明の実施の形態においては、モデル制御により車両の動作状態等を考慮して目標圧力比の最低値に制限を設けるようにしており、予め定められた演算式に基づいて最低圧力比が算定され、目標圧力比がその最低圧力比以下とならないように制限されるようになってる。すなわち、換言すれば、最低圧力比による目標圧力比の制限は、目標開度を制限するものでもあり、最低圧力比は、最低開度として捉えることができるものである。
【００２５】
次に、かかる前提の下、電子制御ユニット１０１により実行される過給圧制御処理について、図２に示されたサブルーチンフローチャートを参照しつつ説明する。
まず、このサブルーチンフローチャートは、電子制御ユニット１０１により別途実行されるモデル制御による過給圧制御のメインルーチンの中かで種々実行されるサブルーチン処理の１つとして実行されるものである。
また、このサブルーチンにより実行される過給圧制御処理は、特に、加速シフトアップ時における過給圧の適正化を図るための最低圧力比の算定に関するものである。
【００２６】
電子制御ユニット１０１による処理が開始されると、最初に、ギア切替が発生し、所定時間が経過したか否かが判定され（図２のステップＳ１０２参照）、ギア切替の発生から所定時間が経過したと判定された場合（ＹＥＳの場合）には、既に過給圧制御の状態は安定状態か、又は、それに近い状態にあり、以下の処理を実行する必要なしとして、後述するステップＳ１０８の処理へ進むこととなる。
一方、ギア切替の発生から所定時間未だ経過していないと判定された場合（ＮＯの場合）は、過給圧制御の状態が、１ステージ動作と２ステージ動作間の切替状態にあるか否かが判定される（図２のステップＳ１０４参照）。
【００２７】
すなわち、ステップＳ１０４においては、２つのターボチャージャ４，５がモデル制御により駆動される状態から、低圧側のターボチャージャ５のみがモデル制御により駆動される状態への切替状態にあるか否か、又は、逆に、低圧側のターボチャージャ５のみがモデル制御により駆動される状態から、２つのターボチャージャ４，５がモデル制御により駆動される状態への切替状態にあるか否かが判定されることとなる。
しかして、ステップＳ１０４において、ステージ切替状態にあると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、次述するステップＳ１０６の処理へ進む一方、ステージ切替状態にはないと判定された場合（ＮＯの場合）には、後述するステップＳ１０８の処理へ進むこととなる。
【００２８】
ステップＳ１０６においては、切替時最低圧力比が算定され、過給圧制御に供されることとなる。
切替時最低圧力比は、先に、前提条件で説明した目標圧力比を制限するためのもので、特に、ギア切替状態で、かつ、ステージ切替状態にある場合に、目標圧力比の最低値、換言すれば、目標圧力比によって算定される目標開度の最低値を制限するための制限値である。
本発明の実施の形態において、かかる切替時最低圧力比は、特に、通常の動作状態、すなわち、ギア切替が発生していない状態において、１ステージ動作時に全開状態とされる高圧用ウェストゲート１１を、所要の開度に設定せしめるに適した値に設定されるものとなっている。
【００２９】
かかる切替時最低圧力比は、本発明の実施の形態においては、高圧用タービン６の流量に応じた値が、予め試験結果やシュミレーション結果に基づいて定められ、電子制御ユニット１０１の適宜な記憶領域に記憶された演算式、又は、マップにより算定されるものとなっている。
なお、マップは、高圧用タービン６の流量を入力パラメータとして、入力された流量に対する切替時最低圧力比が読み出し可能に構成されてなるものである。
また、高圧用タービン６の流量は、モデル制御における演算により求められる推定値が用いられるものとなっている。
【００３０】
上述のようにしてステップＳ１０６の処理実行により切替時最低圧力比が算定され、過給圧制御に供された後は、再び、先のステップＳ１０２の処理へ戻り、ステップＳ１０２においてＹＥＳの判定結果となるか、又は、ステップＳ１０４においてＮＯの判定結果となるまでは、ステップＳ１０６の処理が繰り返し実行され、切替時最低圧力比が過給圧制御に供される状態が維持されることとなる。
【００３１】
一方、ステップＳ１０８においては、先のステップＳ１０２によりギア切替の発生から所定時間が経過したと判定されたこと、又は、先のステップＳ１０４によりステージ切替状態には無いと判定されたことに対応して、切替時最低圧力比が未だ設定されている状態（切替時最低圧力比設定状態）か否かが判定されることとなる。
しかして、ステップＳ１０８において、切替時最低圧力比が未だ設定されていると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、切替時最低圧力比の設定が解除され（図２のステップＳ１１０参照）、一連の処理が終了されて図示されないメインルーチンへ戻ることとなる。
【００３２】
一方、ステップＳ１０８において、切替時最低圧力比は設定されていないと判定された場合（ＮＯの場合）には、一連の処理が終了されて図示されないメインルーチンへ戻ることとなる。
なお、切替時最低圧力比の設定が解除された状態においては、原則として目標圧力比の最低値に対する制限は行われず、ターボチャージャの１ステージ動作、すなわち、低圧ターボチャージャ５のみが駆動される状態において、常用最低圧力比による高圧用ウェストゲート１１に対する圧力比制限が行われるものとなっている。
【００３３】
ここで、常用最低圧力比は、目標圧力比を制限する制限値となる点、及び、高圧用タービン６の流量に応じた値が、電子制御ユニット１０１の適宜な記憶領域に記憶された演算式、又は、マップにより算定されるものである点は、先の切替時最低圧力比と同一のものであるが、その値自体は、切替時最低圧力比とは異なり、１ステージ動作の場合に、高圧用ウェストゲート１１を全開状態に維持する設定となっているものである。
【００３４】
次に、上述の本発明の実施の形態における過給圧制御処理が実行された場合の過給圧の変化について、従来の過給圧制御における過給圧の変化と比較しつつ、図３及び図４を参照しつつ説明する。
最初に、図３（Ａ）、図４(Ａ）において、いずれも、横軸は時間経過を、縦軸はエンジン回転数とギア段数を、それぞれ示したものである。また、図３（Ｂ）、図４（Ｂ）において、いずれも、横軸は時間経過を、縦軸は過給圧を、それぞれ示したものである。
【００３５】
図４は、従来装置による過給圧制御において、エンジン回転数等の変化に対する過給圧変化を示したもので、図４（Ａ）において、二点鎖線の特性線は、エンジン回転数を、実線はギア段数の変化を、それぞれ示している。
また、図４（Ｂ）において、実線は実際の過給圧の変化を、点線は目標過給圧の変化を、それぞれ示している。
【００３６】
従来のモデル制御に基づく過給圧制御においては、ギア段数を増しつつ加速する、いわゆる加速シフトアップ（図４（Ａ）参照）の際、ギア切替時におけるエンジン回転数の一時的な低下により、１ステージ動作から２ステージ動作戻った場合、それまで高圧用ウェストゲート１１が全開状態とされて、停止状態にあった高圧ターボチャージャ４が駆動開始せしめられるため、回転数が所要回転数となるまで時間遅れを招き、過給圧が一時的に低下し（図４（Ｂ）の時刻ｔ１の箇所参照）、加速性の低下を招くことがあった。
【００３７】
これに対して、本発明の実施の形態においては、加速シフトアップ時（図３（Ａ）参照）には、常用最低圧力比に代えて切替時最低圧力比が用いられ、１ステージ動作にあっても、高圧用ウェストゲート１１が、従来と異なり、全開状態とはされず、高圧用タービン６の流量に応じた開度に絞られるため、加速シフットアップ時であっても、従来と異なり、過給圧の落ち込みが軽減され（図３（Ｂ）の時刻ｔ１の箇所参照）、加速性能の悪化が防止されるものとなっている。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
２段式過給システムにおける動作切り替え時の加速性の向上と共に、過給圧制御の安定性、信頼性の向上が所望される車両に適用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１…エンジン
４…高圧ターボチャージャ
５…低圧ターボチャージャ
１１…高圧用ウェストゲート
１２…低圧用ウェストゲート
１８…過給圧センサ
１０１…電子制御ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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