(57)【要約】【課題】過給圧の目標過給圧への追従性を向上させることができる過給機制御システムを提供すること。【解決手段】外気を圧縮し、圧縮した外気を吸気通路１０ａに送り込む過給機１３と、可変ベーン１３ｃの位置を制御することにより過給機１３による過給圧を制御する過給圧制御アクチュエーター１６と、吸気通路１０ａの圧力を実過給圧として検出する過給圧センサ１５と、実過給圧を目標過給圧に収束させるＰＩＤ制御の過渡状態における目標過給圧に対する実過給圧のバラツキの度合に基づいて、ＰＩＤ制御開始時の比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインを更新するＥＣＵ３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標過給圧に実過給圧を追従させるように過給機をフィードバック制御する過給機制御システムであって、
前記フィードバック制御の過渡状態における前記目標過給圧に対する前記実過給圧のバラツキの度合に基づいて前記フィードバック制御開始時のフィードバックゲインの値を更新する制御部を備える過給機制御システム。
【請求項２】
車両の運転状態から前記フィードバック制御開始時の前記過給機の制御設定を求める複数のベースマップを有し、
前記制御部は、前記バラツキの度合に基づいて前記フィードバック制御開始時に使用する前記ベースマップを選択する請求項１に記載の過給機制御システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記フィードバック制御の過渡状態が収束したときのフィードバック制御の関数の積分項の値に基づいて前記過給圧のバラツキの度合を検出する請求項１または２に記載の過給機制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給圧が目標過給圧に収束するようにフィードバック制御する過給機制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気通路に設けられたタービンと、タービンと一体に回転するコンプレッサとを有する過給機が知られている。過給機の過給によって得られる吸気の圧力である過給圧は、タービンに吹き付ける排気の速さを制御する可変ベーンや、タービンに吹き付ける排気をバイパスする量を制御するウエストゲートバルブなどにより制御される。過給圧は、エンジン回転数や燃料噴射量などのエンジンの運転状態に応じて目標過給圧が設定され、目標過給圧に収束するように可変ベーンやウエストゲートバルブがＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Derivative Controller）される。
【０００３】
特許文献１では、過給圧のフィードバック制御において、過渡状態と定常状態で異なるフィードバックゲインを設定することで、過渡状態での目標過給圧への追従性の向上を図ることが提案されている。
特許文献１には、過給機や吸気圧センサの個体差や経年変化による過給圧のバラツキを考慮して、過渡状態と判定するための閾値を決めることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−９２４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のような過給機制御システムにあっては、フィードバック制御においては、過給機や吸気圧センサの個体差や経年変化による過給圧のバラツキを考慮していないため、過給圧の目標過給圧への追従性が悪いという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、過給圧の目標過給圧への追従性を向上させることができる過給機制御システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する過給機制御システムの発明の一態様は、目標過給圧に実過給圧を追従させるように過給機をフィードバック制御する過給機制御システムであって、フィードバック制御の過渡状態における目標過給圧に対する実過給圧のバラツキの度合に基づいてフィードバック制御開始時のフィードバックゲインの値を更新する制御部を備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
このように本発明の一態様によれば、過給圧の目標過給圧への追従性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る過給機制御システムを示す図であり、その概念ブロック図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る過給機制御システムを示す図であり、そのベースマップの例を示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る過給機制御システムを示す図であり、その過給圧制御処理を説明するフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る過給機制御システムを示す図であり、その過給圧制御処理によるベースマップ及びゲインの更新を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１において、本発明の一実施形態に係る過給機制御システムを搭載した車両１は、内燃機関型のエンジン２と、制御部としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）３とを含んで構成されている。
【００１１】
エンジン２は、ピストンが気筒を２往復する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行う４サイクルのディーゼルエンジンによって構成されている。
【００１２】
エンジン２の吸気ポートには、吸気マニホールド１０が設けられている。吸気マニホールド１０は、外気を吸入するための吸気通路１０ａにエンジン２の吸気ポートを連通している。吸気通路１０ａには、外気導入口から吸気マニホールド１０にかけて順に、エアクリーナ１１と、エアフローメータ１２と、過給機１３と、インタークーラ１４と、過給圧センサ１５とが設けられている。
【００１３】
エアクリーナ１１は、外気導入口から吸気通路１０ａに吸入される空気を浄化する。エアフローメータ１２は、外気導入口から吸気通路１０ａに吸入される空気の流量を検出するようになっている。過給機１３は、エンジン２の排気通路２０ａに設けられたタービン１３ａと、タービン１３ａと一体に回転するコンプレッサ１３ｂとを有するターボチャージャによって構成されている。
【００１４】
タービン１３ａは、エンジン２の排気により回転駆動するようになっている。コンプレッサ１３ｂは、タービン１３ａと一体に回転駆動されることにより、外気を圧縮し、圧縮した外気を吸気通路１０ａに送り込むようになっている。
【００１５】
また、過給機１３には、タービン１３ａへの排気の流速を調整可能な可変ベーン１３ｃが設けられている。可変ベーン１３ｃは、タービン１３ａへの排気の流速を調整することによって、過給機１３の過給によって得られる吸気の圧力である過給圧を制御することができる。可変ベーン１３ｃには、可変ベーン１３ｃを駆動するための過給圧制御アクチュエーター１６が設けられている。過給圧制御アクチュエーター１６は、ＥＣＵ３による制御に応じて、可変ベーン１３ｃの位置を制御するようになっている。
【００１６】
インタークーラ１４は、過給機１３によって圧縮されて温度が上昇した外気を冷却するようになっている。過給圧センサ１５は、吸気通路１０ａの圧力を実過給圧として検出するようになっている。
【００１７】
エンジン２の排気ポートには、排気マニホールド２０が設けられている。排気マニホールド２０は、排気を排出するための排気通路２０ａにエンジン２の排気ポートを連通している。排気通路２０ａには、排気マニホールド２０から排気口にかけて順に、過給機１３と、酸化触媒２１と、ＤＰＦ２２とが設けられている。
【００１８】
酸化触媒２１は、エンジン２の排気に含まれる未燃炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を酸化して無害化するようになっている。ＤＰＦ２２は、エンジン２の排気に含まれるＰＭを捕集するようになっている。
【００１９】
ＥＣＵ３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。
【００２０】
ＥＣＵ３のＲＯＭには、各種定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＥＣＵ３として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＥＣＵ３において、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、ＥＣＵ３として機能する。
【００２１】
ＥＣＵ３の入力ポートには、エアフローメータ１２と、過給圧センサ１５と、クランク角センサ４１と、アクセル開度センサ４２とを含む各種センサ類が接続されている。クランク角センサ４１は、図示しないクランク軸の他端に取り付けられたシグナルロータの回転を検出することによってクランク軸のクランク角を検出する。ＥＣＵ３は、クランク角センサ４１から入力されるクランク角に基づき、エンジン回転数を算出する。アクセル開度センサ４２は、運転者による図示しないアクセルペダルの踏み込み量をアクセル開度として検出するものである。
【００２２】
一方、ＥＣＵ３の出力ポートには、過給圧制御アクチュエーター１６に加えて、エンジン２の燃料を噴射するインジェクタ４３を含む各種制御対象類が接続されている。ＥＣＵ３は、各種センサ類から得られる情報に基づいて、各種制御対象類を制御するようになっている。
【００２３】
例えば、ＥＣＵ３は、エンジン２の行程が圧縮行程から膨張行程に移るときに、インジェクタ４３に燃料を噴射させることによって、燃料を発火させてエンジン２を駆動するようになっている。
【００２４】
また、ＥＣＵ３は、エンジン２の運転状態が変化したとき、例えば、アクセル開度センサ４２が検出するアクセル開度の変化量が所定量を超えたとき、エンジン回転数と燃料噴射量に応じて目標過給圧を設定し、過給圧センサ１５の検出する実過給圧が目標過給圧になるように、過給圧制御アクチュエーター１６をフィードバック制御、例えば、ＰＩＤ制御するようになっている。
【００２５】
また、ＥＣＵ３は、過給圧のＰＩＤ制御において実過給圧が目標過給圧に収束して定常状態になるまでの間の実過給圧のバラツキの度合を検出し、バラツキの度合が所定値を超えていた場合、バラツキの度合に応じて、ＰＩＤ制御開始時の過給機１３の制御量を設定する制御設定である過給圧制御アクチュエーター１６の制御電圧のデューティ比を求めるベースマップとＰＩＤ制御におけるフィードバックゲインである比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインを更新する。更新されたベースマップ、比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインは、次回の過給圧のＰＩＤ制御開始時に使用される。
【００２６】
ＥＣＵ３は、過給圧のＰＩＤ制御を開始するときに、ＥＣＵ３のフラッシュメモリに記憶された、エンジン２の運転状態、例えば、エンジン回転数と燃料噴射量から過給圧制御アクチュエーター１６の制御電圧のデューティ比が決まる図２に示すようなベースマップから、過給圧制御アクチュエーター１６の制御電圧のデューティ比を求め、過給圧制御アクチュエーター１６を制御する。そして、ＥＣＵ３は、ＥＣＵ３のフラッシュメモリに記憶された、ＰＩＤ制御における比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインを設定してＰＩＤ制御を開始する。
【００２７】
図２のベースマップでは、エンジン回転数及び燃料噴射量のそれぞれの値に領域が設定されていて、エンジン回転数の領域と燃料噴射量の領域に基づいて、過給圧制御アクチュエーター１６の制御電圧を制御するデューティ比のパターンが定められている。なお、エンジン２の運転状態として、エンジン２の吸気圧、エンジン２の吸気温度、エンジン２に吸入される空気量、エンジン冷却水の水温、などを使ってもかまわない。
【００２８】
また、ＥＣＵ３は、目標過給圧と実過給圧との差が、予め設定された過渡状態判定閾値以上である場合に過給圧のＰＩＤ制御は過渡状態であると判定し、過渡状態判定閾値未満である場合に過給圧のＰＩＤ制御は定常状態であると判定する。ここで、過渡状態判定閾値は、予め実験等により求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。
【００２９】
また、ＥＣＵ３は、過給圧のＰＩＤ制御が定常状態になったとき、ＰＩＤ制御の関数の積分項の値、すなわち、実過給圧と目標過給圧との差の累積値によりＰＩＤ制御の過渡状態でのバラツキの度合を検出するようになっている。ＥＣＵ３は、ＰＩＤ制御の関数の積分項の絶対値が予め設定されたバラツキ判定閾値を超えている場合、バラツキがあると判定し、バラツキの度合に応じて、次回の過給圧のＰＩＤ制御を行うときの過給圧制御アクチュエーター１６の制御電圧のデューティ比のベースマップやＰＩＤ制御の各ゲインを更新する。ここで、バラツキ判定閾値は、予め実験等により求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。
【００３０】
ＥＣＵ３のＲＯＭには、バラツキの度合を示すＰＩＤ制御の関数の積分項の値に応じて、過給圧制御アクチュエーター１６の制御電圧のデューティ比のベースマップやＰＩＤ制御の各ゲインが複数記憶されている。ＥＣＵ３は、ＰＩＤ制御の関数の積分項の値に応じた、過給圧制御アクチュエーター１６の制御電圧のデューティ比のベースマップやＰＩＤ制御の各ゲインを読み出し、次回の過給圧のＰＩＤ制御を行うときの値としてＥＣＵ３のフラッシュメモリに記憶する。
【００３１】
以上のように構成された本実施形態に係る過給機制御システムによる過給圧制御処理について、図３を参照して説明する。なお、以下に説明する過給圧制御処理は、前述したエンジン２の運転状態が変化したときに開始される。
【００３２】
まず、ＥＣＵ３は、フラッシュメモリに記憶されている過給圧制御アクチュエーター１６の制御電圧のデューティ比のベースマップからエンジン回転数と燃料噴射量に応じたデューティ比を読み出し、このデューティ比で過給圧制御アクチュエーター１６の制御電圧を制御する（ステップＳ１１）。
【００３３】
次いで、ＥＣＵ３は、フラッシュメモリに記憶されている比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインを読み出し、各ゲインを設定してＰＩＤ制御を開始する（ステップＳ１２）。
【００３４】
次いで、ＥＣＵ３は、過給圧センサ１５の検出する実過給圧と目標過給圧との差が前述の過渡状態判定閾値未満であるか否かにより、ＰＩＤ制御が定常状態になったか否かを判定する（ステップＳ１３）。ＰＩＤ制御が定常状態になっていないと判定した場合、ＥＣＵ３は、ＰＩＤ制御が定常状態になるまで処理を繰り返す。
【００３５】
一方、ＰＩＤ制御が定常状態になったと判定した場合、ＥＣＵ３は、バラツキ度合を示すＰＩＤ制御の関数の積分項の絶対値が前述のバラツキ判定閾値を超えているか否かにより、実過給圧にバラツキがあるか否かを判定する（ステップＳ１４）。実過給圧にバラツキが無いと判定した場合、ＥＣＵ３は、処理を終了する。
【００３６】
一方、実過給圧にバラツキがあると判定した場合、ＥＣＵ３は、バラツキ度合を示すＰＩＤ制御の関数の積分項の値に対応した過給圧制御アクチュエーター１６の制御電圧のデューティ比のベースマップとＰＩＤ制御の各ゲインを読み出す（ステップＳ１５）。
【００３７】
次いで、ＥＣＵ３は、読み出した過給圧制御アクチュエーター１６の制御電圧のデューティ比のベースマップをフラッシュメモリに記憶して、次回の過給圧のＰＩＤ制御を行うときのベースマップを更新する（ステップＳ１６）。
【００３８】
次いで、ＥＣＵ３は、読み出したＰＩＤ制御の各ゲインをフラッシュメモリに記憶して、次回の過給圧のＰＩＤ制御を行うときの各ゲインを更新して（ステップＳ１７）、処理を終了する。
【００３９】
このような過給圧制御処理による動作について図４を参照して説明する。図４において、「過給圧ＰＩＤ制御比例項ゲイン」、「過給圧ＰＩＤ制御積分項ゲイン」、「過給圧ＰＩＤ制御微分項ゲイン」、「過給圧制御ベースマップ」は、ＥＣＵ３のフラッシュメモリに記憶されているものである。
【００４０】
図４に示すように、時刻Ｔ１にて過給圧制御処理が開始されると、ＥＣＵ３のフラッシュメモリに記憶されているベースマップから過給圧制御アクチュエーター１６の制御電圧のデューティ比が読み出されて設定され、ＰＩＤ制御の各ゲインもＥＣＵ３のフラッシュメモリから読み出されて設定される。なお、このとき設定される過給圧制御アクチュエーター１６の制御電圧のデューティ比とＰＩＤ制御の各ゲインは、過給圧のＰＩＤ制御の結果更新されたものが使用される。
【００４１】
時刻Ｔ１にて過給圧制御処理が開始され、「実過給圧」は目標過給圧に追従し、時刻Ｔ２にて実過給圧と目標過給圧の差が前述の過渡状態判定閾値未満となると、「過給圧ＰＩＤ制御状態」が定常状態になったと判定される。
【００４２】
「過給圧ＰＩＤ制御状態」が定常状態になったと判定されると、「過給圧ＰＩＤ制御積分項」の値に基づいて実過給圧にバラツキがあるか否か判定される。
【００４３】
「過給圧ＰＩＤ制御積分項」は、積分ゲイン（定数）と偏差の累積値とを乗算した値であるため、「過給圧ＰＩＤ制御積分項」が所定範囲から乖離しているほど、目標過給圧に対する実過給圧のバラツキが大きく、追従性が悪いことを示している。
【００４４】
時刻Ｔ２で「過給圧ＰＩＤ制御積分項」の絶対値が前述のバラツキ判定閾値を超えていると判定されると、時刻Ｔ３で「過給圧バラツキ判定」が「バラツキあり」となり、時刻Ｔ４で「過給圧ＰＩＤ制御積分項」の値に応じて「過給圧バラツキ度合」が更新され、「過給圧バラツキ度合」に応じて、次回過給圧制御処理実行時に使用される「過給圧ＰＩＤ制御比例項ゲイン」、「過給圧ＰＩＤ制御積分項ゲイン」、「過給圧ＰＩＤ制御微分項ゲイン」、「過給圧制御ベースマップ」が更新される。
【００４５】
このような過給機制御システムによる効果について説明する。
上述の実施形態では、ＰＩＤ制御の過渡状態における目標過給圧に対する実過給圧のバラツキの度合に基づいて、ＰＩＤ制御開始時の比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインを更新するＥＣＵ３を備える。
【００４６】
これにより、ＰＩＤ制御の過渡状態での目標過給圧に対する実過給圧のバラツキの度合に基づいてＰＩＤ制御の各ゲインが更新される。このため、ＰＩＤ制御の過渡状態での目標過給圧に対する実過給圧のバラツキを抑制するように各ゲインが更新され、ＰＩＤ制御の過渡状態における実過給圧の目標過給圧への追従性を向上させることができる。
【００４７】
また、エンジン２の運転状態から過給圧制御アクチュエーター１６の制御電圧のデューティ比を求める複数のベースマップを有し、ＥＣＵ３は、ＰＩＤ制御の過渡状態での目標過給圧に対する実過給圧のバラツキの度合に基づいてＰＩＤ制御開始時に使うベースマップを選択する。
【００４８】
これにより、ＰＩＤ制御の過渡状態での目標過給圧に対する実過給圧のバラツキの度合に基づいてＰＩＤ制御開始時に使用するベースマップが選択される。このため、ＰＩＤ制御の過渡状態での目標過給圧に対する実過給圧のバラツキを抑制するようなベースマップが選択され、ＰＩＤ制御の過渡状態における実過給圧の目標過給圧への従性を向上させることができる。
【００４９】
また、ＥＣＵ３は、ＰＩＤ制御が定常状態になったときのＰＩＤ制御の関数の積分項の値によりＰＩＤ制御の過渡状態での実過給圧の目標過給圧に対するバラツキの度合を検出する。
【００５０】
これにより、ＰＩＤ制御の過渡状態での目標過給圧と実加給圧との偏差の累積値に基づいてＰＩＤ制御の過渡状態での目標過給圧に対する実過給圧のバラツキの度合が検出される。このため、精度良くＰＩＤ制御の過渡状態での目標過給圧に対する実過給圧のバラツキの度合を検出することができ、ＰＩＤ制御の過渡状態における実過給圧の目標過給圧への追従性を向上させることができる。
【００５１】
本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。
【符号の説明】
【００５２】
１      車両
２      エンジン
３      ＥＣＵ（制御部）
１３    過給機
１３ａ  タービン
１３ｂ  コンプレッサ
１３ｃ  可変ベーン
１５    過給圧センサ
１６    過給圧制御アクチュエーター
４１    クランク角センサ
４３    インジェクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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