(57)【要約】【課題】過給領域において、機械式過給機とスロットルバルブとの間の圧力上昇による、機械式過給機の駆動損失を抑制する。【解決手段】内燃機関１の出力軸１ａにより駆動される機械式過給機８と、出力軸１ａから機械式過給機８への動力の伝達を断接する電磁クラッチ９と、機械式過給機８を迂回するバイパス通路５と、バイパス通路５を通過する吸気量を調節するバイパスバルブ６と、コレクタタンク２の入り口前で吸気量を調節するスロットルバルブ７と、運転者の要求に応じた要求トルクを算出する要求トルク算出手段１７と、電磁クラッチ９の締結・解除を決定する過給判定手段１７と、バイパスバルブ６及びスロットルバルブ７の開度を制御する開度制御手段１７と、を有し、開度制御手段１７は、電磁クラッチ９が締結した状態では、スロットルバルブ７を全開にし、要求トルクを実現するようバイパスバルブ６を全開から閉方向へ作動させる。【選択図】図１
2009221871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の出力軸により駆動される機械式過給機と、
前記機械式過給機と内燃機関の出力軸とが連結している締結状態と両者が切り離された解放状態とを切り換え可能な電磁クラッチと、
前記機械式過給機より上流側で吸気通路から分岐して、前記機械式過給機を迂回して前記機械式過給機より下流側で吸気通路に合流するバイパス通路と、
前記バイパス通路を通過する吸気量を調節するバイパスバルブと、
前記吸気通路と前記バイパス通路との合流部より下流側で吸気量を調節するスロットルバルブと、
を備える過給機付き内燃機関の制御装置において、
運転者の要求に応じた要求トルクを算出する要求トルク算出手段と、
前記要求トルクに応じて前記電磁クラッチの締結・解除を決定する過給判定手段と、
前記過給判定手段の判定結果及び前記要求トルクに応じて前記バイパスバルブ及び前記スロットルバルブの開度を制御する開度制御手段と、
を有し、
前記開度制御手段は、前記電磁クラッチが締結した状態では、前記スロットルバルブを全開にし、前記要求トルクを実現するよう前記バイパスバルブを全開から閉方向へ作動させる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】
前記スロットルバルブの下流側に配置するコレクタタンクの内圧を算出するコレクタタンク内圧検出手段を有し、
前記要求トルク算出手段は、機関回転数及びアクセル開度に基づいて前記要求トルクを算出し、
前記開度制御手段は、前記要求トルクを目標コレクタタンク内圧に変換して、実際のコレクタタンク内圧が目標コレクタタンク内圧となるように、前記バイパスバルブの開度をフィードバック制御することを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記開度制御手段は、前記バイパスバルブの制御分解能では前記目標コレクタタンク内圧となるバイパスバルブ開度を実現できない場合には、実現可能な開度のうち、前記目標コレクタタンク内圧よりも高圧側で前記目標コレクタタンク内圧に最も近いコレクタタンク内圧となるバイパスバルブ開度に固定し、このときのコレクタタンク内圧と前記目標コレクタタンク内圧との偏差をなくすように前記スロットルバルブを全開から閉方向に作動させることを特徴とする請求項２に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関の排気により駆動されるターボ過給機のコンプレッサを、前記バイパス通路と前記吸気通路が分岐する部分よりも上流側に配置することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項５】
内燃機関の出力軸により駆動される機械式過給機と、
前記機械式過給機と内燃機関の出力軸とが連結している締結状態と両者が切り離された解放状態とを切り換え可能な電磁クラッチと、
前記機械式過給機より上流側で吸気通路から分岐して、前記機械式過給機を迂回して前記機械式過給機より下流側で吸気通路に合流するバイパス通路と、
前記バイパス通路を通過する吸気量を調節するバイパスバルブと、
前記機械式過給機の下流側で吸気量を調節するスロットルバルブと、
を備える過給機付き内燃機関の制御方法において、
運転者の要求に応じて算出した要求トルクに応じて前記電磁クラッチの締結・解除及び前記バイパスバルブ及び前記スロットルバルブの開度を制御し、
前記電磁クラッチが締結した状態では、前記スロットルバルブを全開にし、前記要求トルクを実現するよう前記バイパスバルブを全開から閉方向へ作動させることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械式過給機と、機械式過給機を迂回するバイパス通路及びバイパス通路の流量を調節するバイパスバルブとを備える内燃機関の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械式過給機を備える内燃機関として、機械式過給機の上流側及び下流側に設けた２つのスロットルバルブと、機械式過給機を迂回するバイパス通路と、このバイパス通路の吸気流量を調節するバイパスバルブとを備え、過給領域においては、バイパスバルブを全閉にし、２つのスロットルバルブを協調して制御することにより、吸気量を制御する構成が特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平１０−２９９５２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１の構成では、過給領域においても下流側スロットルバルブの開度を変化させて吸気量を制御しているため、機械式過給機と下流側スロットルバルブとの間の吸気通路内圧力が上昇して、機械式過給機の駆動損失が増大してしまう。
【０００４】
そこで、本発明では、上記のような駆動損失を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の過給機付き内燃機関の制御装置は、内燃機関の出力軸により駆動される機械式過給機と、機械式過給機と内燃機関の出力軸とが連結している締結状態と両者が切り離された解放状態とを切り換え可能な電磁クラッチと、機械式過給機より上流側で吸気通路から分岐して、機械式過給機を迂回して機械式過給機より下流側で吸気通路に合流するバイパス通路と、バイパス通路を通過する吸気量を調節するバイパスバルブと、吸気通路とバイパス通路との合流部より下流側で吸気量を調節するスロットルバルブと、を備える過給機付き内燃機関の制御装置であって、さらに、運転者の要求に応じた要求トルクを算出する要求トルク算出手段と、要求トルクに応じて電磁クラッチの締結・解除を決定する過給判定手段と、過給判定手段の判定結果及び要求トルクに応じてバイパスバルブ及びスロットルバルブの開度を制御する開度制御手段と、を有し、開度制御手段は、電磁クラッチが締結した状態では、スロットルバルブを全開にし、要求トルクを実現するようバイパスバルブを全開から閉方向へ作動させる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、スロットルバルブを全開にした状態で、バイパスバルブにより吸気量を制御するので、機械式過給機とスロットルバルブとの間の吸気通路内圧力の上昇を抑制し、機械式過給機の駆動損失を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００８】
図１は、本実施形態を適用する過給機付き内燃機関の構成図である。１は内燃機関、２はコレクタタンク及び吸気マニホールド、３は排気マニホールド、４は吸気通路、５はバイパス通路、６はバイパスバルブ、７は吸気量調節手段としての電子制御式スロットルバルブ（以下、単に「スロットルバルブ」という）、８は機械式過給機、１１、１２は圧力センサ、１３は機関回転数検出手段としてのクランク角センサ、１４は機械式過給機の回転速度を検出する回転センサ、１５はターボ過給機、１６は排気通路、１７は要求トルク算出手段及びクラッチ制御手段としてのコントローラ、１８は図示しないアクセルペダルの開度を検出する加速要求検出手段としてのアクセル開度センサである。圧力センサ１１は機械式過給機８とスロットルバルブ７との間の圧力を、圧力センサ１２はターボ過給機過給圧検出手段としてターボ過給機１５と機械式過給機８との間の圧力をそれぞれ検出する。
【０００９】
吸気通路４のコレクタタンク２入り口付近には、流路断面積を可変に調節するスロットルバルブ７を設け、スロットルバルブ７より上流側には機械式過給機８を介装する。バイパス通路５は、スロットルバルブ７の上流側かつ機械式過給機８の下流側と、機械式過給機８の上流側とを連通しており、通路中に流路断面積を可変に調節するバイパスバルブ６を備える。
【００１０】
機械式過給機８は、コンプレッサの回転軸８ａと、回転軸８ａの先端に設けたプーリ８ｂと、プーリ８ｂから回転軸８ａへの回転の伝達を断接する電磁クラッチ９と、を備える。プーリ８ｂと、内燃機関１のクランクシャフト１ａの先端に設けたクランクプーリ１ｂには、ベルト又はチェーン１０が掛けまわされており、クランクシャフト１ａが回転することによって、プーリ８ｂも同期回転する。そして、電磁クラッチ９が締結されている状態では、回転軸８ａが回転して機械式過給機８による過給が行われ、解放されている状態では回転軸８ａは回転しないため、過給は行われない。この電磁クラッチ９の締結／解放の切り換え、スロットルバルブ７の開度制御及びバイパスバルブ６の開度制御は、クランク角センサ１３、回転数センサ１４、圧力センサ１１、１２の検出信号等に基づいて、コントローラ１７によって行われる。詳細については後述する。
【００１１】
ターボ過給機１５は、シャフト１５ｃを介して連結されたコンプレッサ１５ａとタービン１５ｂとを備え、コンプレッサ１５ａは機械式過給機８より上流かつバイパス通路５と吸気通路４との合流部よりも上流側に、タービン１５ｂは排気マニホールド３より下流側の排気通路１６に、それぞれ配置される。タービン１５ｂが排気ガスにより回転すると、シャフト１５ｃを介して連結されたコンプレッサ１５ａも回転し、吸気通路４を流れる吸入空気を圧送する。
【００１２】
コントローラ１７には、圧力センサ１１、１２、クランク角センサ１３、回転数センサ１４、アクセル開度センサ１８等の検出信号が読み込まれ、これら検出信号に基づいて、バイパスバルブ６及びスロットルバルブ７の開度制御、電磁クラッチ９の締結・解放制御等を行う。
【００１３】
図２は、加速時における電磁クラッチ９の締結・解放制御の基本的な考え方を説明するための図である。縦軸はエンジントルク、横軸はエンジン回転数であり、図中のＷＯＴトルク線は機械式過給機８とターボ過給機１５とを併用する上記システムの全負荷トルクを示し、ゼロ[ｋＰａ]トルク線はコレクタ圧がゼロ[ｋＰａ]のときのトルク特性を示している。
【００１４】
Ｔ０トルク線は、機械式過給機８を駆動する領域１と駆動しない領域２とを切り分けるトルク値である。つまり、領域１では機械式過給機８とターボ過給機１５による過給が行われ、領域２ではターボ過給機１５のみによる過給が行われる。
【００１５】
加速要求があった場合に、エンジン回転数Ｎｅとトルクで定まる運転点が領域１であれば、電磁クラッチ９を締結した状態とし、機械式過給機８及びターボ過給機１５により過給を行う。これによりターボ過給機１５の過給圧が低い低回転領域から、機械式過給機８によって過給圧が高めることができる。
【００１６】
一方、領域２であれば、電磁クラッチ９を解放し、ターボ過給機１５のみで過給を行う。これは、ターボ過給機１５のみによるトルクが上昇しているので、電磁クラッチ９を締結しても実質的には機械式過給機８による過給が行われない状態（いわゆる空まわしの状態）となり、機械式過給機８を駆動することによる出力損失によって燃費が悪化してしまうからである。
【００１７】
図３はコントローラ１７が実施するバイパスバルブ６及びスロットルバルブ７の開度制御のフローチャートである。本制御は微小時間ごと、例えば１０ｍｓごとに繰り返し実行する。以下、ステップに従って説明する。
【００１８】
ステップＳ１００では、クランク角センサ１３で検出したエンジン回転数Ｎｅ０と回転数Ｎｅｓｃとを比較することにより、機械式過給機８を駆動する領域か否かを判定する。判定の結果、駆動する領域であればステップＳ１１０に進み、駆動しない領域であればステップＳ１７０に進む。
【００１９】
ステップＳ１１０では、アクセル開度センサ１８で検出したアクセル開度ＡＰＯから、アクセル全開値に対する現在のアクセル開度の割合（以下、アクセル開度率という）ＡＰＯＲを算出する。
【００２０】
ステップＳ１２０では、ドライバ要求トルクＴｒを算出する。具体的には、現在のエンジン回転数Ｎｅ０でアクセル開度が全開であるとした場合のトルク（全開トルク）を求め、この全開トルクにアクセル開度率ＡＰＯＲを乗じたものをドライバ要求トルクＴｒとする。
【００２１】
ステップＳ１３０では、ドライバ要求トルクＴｒがトルク値Ｔ０より大きいか否か、つまりドライバ要求トルクＴｒが図２中の領域１か領域２かを判定する。領域１の場合はステップＳ１４０に進み、領域２の場合はステップＳ１８０に進む。
【００２２】
ステップＳ１４０では、圧力センサ１１で検出したスロットル上流圧Ｐｔｈ、スロットル開度ＴＶＯ０、及びエンジン回転数Ｎｅ０に基づいて、コレクタ圧Ｐｃｏｌを推定する。推定方法としては、例えば、吸気通路４、スロットルバルブ７、コレクタタンク２、及び内燃機関１の仕様ごとに、実験等によりスロットル上流圧Ｐｔｈ、スロットル開度ＴＶＯ０、エンジン回転数Ｎｅ０とコレクタ圧Ｐｃｏｌとの関係をマップ化し、これを検索する。
【００２３】
ステップＳ１５０では、ステップＳ１２０で算出したドライバ要求トルクＴｒを、マップ検索等により目標コレクタ圧Ｐｔに換算する。
【００２４】
ステップＳ１６０では、後述するサブルーチンを実行することにより、目標コレクタ圧Ｐｔとなるようにスロットルバルブ７及びバイパスバルブ６の開度をフィードバック制御する。
【００２５】
ステップＳ１７０では、アクセル開度センサ１８の検出信号に基づいてスロットル開度制御を行う。具体的には、アクセル開度−スロットル開度特性マップを予め作成しておき、このマップに従ってスロットル開度を設定する。
【００２６】
ステップＳ１８０では、現在のエンジン回転数Ｎｅ０におけるＴ０トルクに対するドライバ要求トルクＴｒの割合を求め、この割合をスロットルバルブ７の全開値に乗じたものをスロットル開度とする。
【００２７】
図４は図３のステップＳ１６０で実行するサブルーチンのフローチャートである。
【００２８】
ステップＳ２００では、現在のエンジン回転数Ｎｅ０に基づいて図５に示すようなバイパスバルブ開度−コレクタ圧特性マップを選択する。図５は横軸がバイパスバルブ開度、縦軸がコレクタ圧であり、このようなマップをエンジン回転数ごとに作成しておく。
【００２９】
ステップＳ２１０では、ステップＳ２００で選択した特性マップ上に目標コレクタ圧Ｐｔとなるバイパスバルブ開度を実現可能か否かの判定を行う。可能な場合にはステップＳ２２０に進み、不可能な場合にはステップＳ２４０に進む。なお、図５に示すように、バイパスバルブ６の開度が小さい領域では、バイパスバルブ開度ＢＰＶのわずかな変化によりコレクタ圧は大きく変化してしまう。このため、実現可能、不可能は、バイパスバルブ６の開度制御の分解能により決まる。
【００３０】
ステップＳ２２０ではスロットルバルブ７を全開にしてステップＳ２３０に進む。
【００３１】
ステップＳ２３０では、バイパスバルブ６の開度を目標コレクタ圧Ｐｔとなる開度に制御する。
【００３２】
ステップＳ２４０ではスロットルバルブ７を全開にしてステップＳ２５０に進む。
【００３３】
ステップＳ２５０では、実現可能な開度のうち、目標コレクタ圧Ｐｔとなる開度よりも大きい側で最も近いバイパスバルブ開度ＢＰＶｈ及びこのときのコレクタ圧Ｐｈと、同じく小さい側で最も近いバイパスバルブ開度ＢＰＶｌおよびこのときのコレクタ圧Ｐｌと、を算出する。
【００３４】
ステップＳ２６０では、バイパスバルブ６の開度をＢＰＶｈに固定し、現在のコレクタ圧Ｐｃｏｌが目標コレクタ圧Ｐｔとなるようにスロットルバルブ７の開度を制御する。これは、バイパスバルブ６では制御できないコレクタ圧Ｐｈ−Ｐｌ間の圧力制御をスロットルバルブ７で行うものである。図６はバイパスバルブ６の開度を固定した場合のスロットルバルブ開度とコレクタ圧との関係を示す図である。この図に示すように、スロットルバルブ開度が大きくなるほどスロットルバルブ開度の変化に対するコレクタ圧の変化は鈍くなっている。すなわち、スロットルバルブ開度とコレクタ圧との関係は、図５に示したバイパスバルブ開度とコレクタ圧との関係とは逆の特性となっている。
【００３５】
ここでは、ステップＳ２４０でスロットルバルブ開度は全開になっているため、スロットルバルブ全開付近で制御することになる。このため、バイパスバルブ開度の制御では、制御分解能により不可能であったコレクタ圧Ｐｈ−Ｐｌ間の微小範囲の圧力制御が可能となる。
【００３６】
ステップＳ２７０では、現在のコレクタ圧Ｐｃｏｌがコレクタ圧Ｐｌであるか否かの判定を行う。コレクタ圧Ｐｌでない場合にはステップＳ２６０に戻り、コレクタ圧Ｐｌの場合にはステップＳ２８０に進む。
【００３７】
ステップＳ２８０では、スロットルバルブ７を全開にし、かつバイパスバルブ６をＢＰＶｌに制御する。
【００３８】
図７は、路面の勾配の変化等によって負荷が変化しても、車速及びエンジン回転数を一定に保つように上記制御を実行した場合のタイムチャートである。アクセル開度ＡＰＯ、スロットル開度ＴＶＯ、及びバイパスバルブ開度ＢＰＶのチャート中の実線は本実施形態の制御、同じく破線は本実施形態の制御を行わない場合について示しており、コレクタ圧のチャート中の実線は目標コレクタ圧、破線は本制御を実行した場合の実過給圧を示している。また、時刻ｔ２でドライバ要求トルクＴｒが領域２から領域１に切り換わるものとする。
【００３９】
時刻ｔ１でアクセル開度ＡＰＯが増大し始めると、これに応じてスロットルバルブ７をスロットル開度ＴＶＯが増大する方向に制御する。これによりコレクタ圧が上昇する。このとき、バイパスバルブ６は全開の状態に保持する。
【００４０】
時刻ｔ２でドライバ要求トルクＴｒが図２の領域１に切り換わると、図４のフローチャートにしたがって、目標コレクタ圧Ｐｔとなるようにバイパスバルブ６及びスロットルバルブ７をフィードバック制御する。
【００４１】
時刻ｔ３から時刻ｔ４まではアクセル開度ＡＰＯが一定になると、実際のコレクタ圧が目標コレクタ圧Ｐｔに収束するようにフィードバック制御を行う。ここでは、基本的にはバイパスバルブ６の開度制御によりコレクタ圧を制御する。しかし、バイパスバルブ６の制御分解能では目標コレクタ圧Ｐｔを実現するためのバイパスバルブ開度に制御できない場合には、図７に示すようにスロットルバルブ７の開度が全開から閉方向に変化させることによってコレクタ圧を制御する。
【００４２】
時刻ｔ４から時刻ｔ６で再びアクセル開度ＡＰＯが増大すると、時刻ｔ２〜時刻ｔ３と同様に、スロットルバルブ７を開方向に、バイパスバルブ６を閉方向に制御する。
【００４３】
時刻ｔ６から時刻ｔ７では、アクセル開度ＡＰＯが一定となる。ここでは、スロットル開度は全開のままである。これは、バイパスバルブ６の制御のみで目標コレクタ圧Ｐｔを実現できるからである。
【００４４】
時刻ｔ７以降も、加速時には時刻ｔ２から時刻ｔ３と同様に、定常走行時には時刻ｔ３から時刻ｔ４または時刻ｔ６から時刻ｔ７と同様の制御を繰り返す。
【００４５】
以上により本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
【００４６】
（１）内燃機関１のクランクシャフト１ａにより駆動される機械式過給機８と、機械式過給機８とクランクシャフト１ａとが連結している締結状態と両者が切り離された解放状態とを切り換え可能な電磁クラッチ９と、機械式過給機８より上流側で吸気通路４から分岐して、機械式過給機８を迂回して機械式過給機８より下流側で吸気通路４に合流するバイパス通路５と、バイパス通路５を通過する吸気量を調節するバイパスバルブ６と、バイパス通路５と吸気通路４が分岐する部分よりも上流側に配置されたターボ過給機１５と、吸気通路４とバイパス通路５との合流部より下流側で吸気量を調節するスロットルバルブ７と、を備える過給機付き内燃機関の制御装置において、運転者の要求に応じた要求トルクの算出、及び要求トルクに応じた電磁クラッチ９の締結・解除の決定、そして締結・解放の判定結果及び要求トルクに応じてバイパスバルブ６及びスロットルバルブ７の開度を制御するコントローラ１７と、を有し、電磁クラッチ９が締結した状態では、スロットルバルブ７を全開にし、要求トルクを実現するようバイパスバルブ６を全開から閉方向へ作動させるので、機械式過給機とスロットルバルブとの間の吸気通路内圧力の上昇を抑制し、機械式過給機の駆動損失を低減することができる。
【００４７】
（２）コレクタ圧を算出し、機関回転数及びアクセル開度に基づいて要求トルクを算出し、要求トルクを目標コレクタ圧に変換して、実際のコレクタ圧が目標コレクタ圧となるように、バイパスバルブ６の開度をフィードバック制御するので、実際のコレクタ圧を用いた精度の高い制御を実行することができる。
【００４８】
（３）バイパスバルブの制御分解能では目標コレクタ圧となるバイパスバルブ開度を実現できない場合には、実現可能な開度のうち、目標コレクタ圧よりも高圧側で目標コレクタ圧に最も近いコレクタ圧となるバイパスバルブ開度に固定し、このときのコレクタ圧と目標コレクタ圧との偏差をなくすようにスロットルバルブ７を全開から閉方向に作動させるので、バイパスバルブ６のみで制御する場合よりも、運転者の要求に応じた、よりきめ細やかな制御を行うことができる。
【００４９】
なお、機械式過給機８とターボ過給機１５とを併せ持つシステムの制御について説明したが、図８に示すように、ターボ過給機１５を備えずに機械式過給機８のみで過給する場合であっても、同様の制御を適用することができる。この場合、機械式過給機８の駆動、停止はエンジン回転数Ｎｅのみで判断することとし、エンジン回転数ＮｅがＮｅｓｃ以上の場合は停止、Ｎｅｓｃより低い場合は駆動、とする。したがって、図３のフローチャートのステップＳ１３０の判定は不要となる。
【００５０】
また、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本実施形態を適用するシステムの構成図である。
【図２】電磁クラッチの締結・解放運転領域マップである。
【図３】第１実施形態の制御ルーチンを表わすフローチャートである。
【図４】図３のステップＳ１６０で実行するサブルーチンを表わすフローチャートである。
【図５】バイパスバルブ開度−コレクタ圧特性図である。
【図６】スロットル開度−コレクタ圧特性図である。
【図７】図３、図４の制御を実行した場合のタイムチャートである。
【図８】第１実施形態の構成の別の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１    内燃機関
２    吸気マニホールド
３    排気マニホールド
４    吸気通路
５    バイパス通路
６    バイパスバルブ
７    スロットルバルブ
８    機械式過給機
９    電磁クラッチ
１０  ベルト
１１  圧力センサ
１２  圧力センサ
１３  クランク角センサ
１４  回転センサ
１５  ターボ過給機
１７  コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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