JP2011157881A - Control device of supercharger with motor - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress occurrence of abnormal sound at the time of deterioration of engine speed, in a control device of a supercharger with a motor provided in an engine (internal combustion engine). <P>SOLUTION: To avoid occurrence of turbo abnormal sound with decrease of engine noise due to lowering of the engine speed of the engine, when engine speed Ne is a predetermined determination threshold th or less at deceleration, by performing regenerative control of a motor 104 of a turbocharger 100 with the motor, turbo rotation speed is forcibly lowered, so that the turbo abnormal sound is suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関に備えられる電動機付過給機の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a supercharger with an electric motor provided in an internal combustion engine.

車両等に搭載される内燃機関（以下、エンジンともいう）には、排気エネルギを利用した過給機（以下、ターボチャージャともいう）が装備されている。   An internal combustion engine (hereinafter also referred to as an engine) mounted on a vehicle or the like is equipped with a supercharger (hereinafter also referred to as a turbocharger) using exhaust energy.

ターボチャージャは、一般に、エンジンの排気通路を流れる排気ガスによって回転するタービンホイールと、吸気通路内の空気を強制的に燃焼室へと送り込むコンプレッサインペラと、これらタービンホイールとコンプレッサインペラとを連結する連結シャフトとを備えている。このような構造のターボチャージャにおいて、タービンホイールに排気ガスが吹き付けられて当該タービンホイールが回転すると、その回転が連結シャフトを介してコンプレッサインペラに伝達される。こうしてコンプレッサインペラが回転することによって吸気通路内の空気が強制的に燃焼室に送り込まれる。   A turbocharger is generally a turbine wheel that is rotated by exhaust gas flowing through an exhaust passage of an engine, a compressor impeller that forcibly feeds air in the intake passage to a combustion chamber, and a connection that connects the turbine wheel and the compressor impeller. And a shaft. In the turbocharger having such a structure, when exhaust gas is blown onto the turbine wheel and the turbine wheel rotates, the rotation is transmitted to the compressor impeller via the connecting shaft. Thus, the air in the intake passage is forcibly sent into the combustion chamber by the rotation of the compressor impeller.

また、ターボチャージャには、電動機にて動力のアシストを行う電動機付ターボチャージャが知られている。このような電動機付ターボチャージャでは、排気によるタービンホイールの動力が十分でないときに、電動機を作動してコンプレッサインペラを回転駆動することにより、タービン動力をアシストしてターボラグを解消するようにしている。さらに、電動機付ターボチャージャにおいては、電力の回生が可能な電動機を用い、非アシスト時に回生電力を回収するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。   As a turbocharger, a turbocharger with an electric motor that assists power with an electric motor is known. In such a turbocharger with an electric motor, when the power of the turbine wheel by exhaust is not sufficient, the electric motor is operated to rotationally drive the compressor impeller, thereby assisting the turbine power to eliminate the turbo lag. Furthermore, a turbocharger with an electric motor is known that uses an electric motor capable of regenerating electric power and collects the regenerated electric power when not assisting (see, for example, Patent Document 1).

特開２００８−０７５５６５号公報JP 2008-077555

ターボチャージャにおいて、連結シャフトを支持するボールベアリングには、スプリングによって外輪（または内輪）等に予圧を付与する構造のスプリング予圧式ボールベアリングが採用されていた。しかしながら、スプリング予圧式ボールベアリングでは、ターボチャージャの使用環境（ターボ回転域等）において、スプリングによるばね力で作用する一定スラスト荷重によって、ベアリングの転動体（ボール）にバンド摩耗が発生するので信頼性の点で問題があった。   In a turbocharger, a spring preload type ball bearing having a structure in which a preload is applied to an outer ring (or inner ring) or the like by a spring has been adopted as a ball bearing that supports a connecting shaft. However, in the spring preload type ball bearing, in the environment where the turbocharger is used (turbo rotation range, etc.), the band rolling is generated on the rolling elements (balls) of the bearing due to the constant thrust load that acts by the spring force of the spring. There was a problem in terms of.

このような点を考慮して、予圧を付与しない構造で一定隙間が存在するボールベアリング（以下、この構造のものを単に「ボールベアリング」ともいう）が、一般的なターボチャージャや電動機付ターボチャージャに用いられている。このようなボールベアリングを用いた場合、上記した転動体のバンド摩耗の発生を抑制することは可能であるが、隙間の存在により転動体の回転軌道が不安定となってしまい、非線形性（ばねマス系のばね変位とばね荷重との関係が非線形になること）に伴い、回転次数成分の異音が発生する領域が存在する。この発生音は、特にエンジン減速時に異音として聞こえやすい。   In consideration of these points, a ball bearing (hereinafter simply referred to as a “ball bearing”) having a certain clearance with a structure that does not apply preload is a general turbocharger or a turbocharger with an electric motor. It is used for. When such a ball bearing is used, it is possible to suppress the above-mentioned band wear of the rolling element, but the presence of the gap makes the rolling orbit of the rolling element unstable and causes nonlinearity (spring With the relationship between the mass system spring displacement and the spring load becoming non-linear), there is a region where noise of the rotational order component is generated. This generated sound is likely to be heard as an abnormal sound particularly when the engine is decelerated.

その理由は、図６に示すように、車両の減速時において、エンジン本体の騒音（暗騒音）がエンジン回転速度の低下に伴って急激に下がるのに対し、ボールベアリングを用いたターボチャージャでは、軸受のフリクションが低い（通常のフローティング軸受に対して低い）ため、ターボ回転速度が急激には下がらず（慣性で回り続けるため）、ターボチャージャの音のみが車室内に伝播しやすくなって、ターボ異音として聞こえてしまうためである。   The reason for this is that, as shown in FIG. 6, when the vehicle is decelerating, the noise (background noise) of the engine body decreases rapidly as the engine rotational speed decreases, whereas in a turbocharger using a ball bearing, Since the friction of the bearing is low (lower than that of a normal floating bearing), the turbo rotation speed does not drop abruptly (because it continues to rotate due to inertia), and only the sound of the turbocharger is easily transmitted to the vehicle interior. This is because it can be heard as an abnormal sound.

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、内燃機関に備えられる電動機付過給機の制御装置において、機関回転速度の低下時に異音が発生することを抑制することが可能な制御の実現を目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and in the control device for the supercharger with electric motor provided in the internal combustion engine, it is possible to suppress the generation of abnormal noise when the engine rotation speed decreases. The purpose is to realize control.

本発明は、内燃機関に備えられる過給機であって、吸入空気の過給アシスト及び回生が可能な電動機を備えた過給機の制御装置を前提とし、このような電動機付過給機の制御装置において、機関回転数が判定閾値以下であるか否かを判定する判定手段と、前記機関回転数が判定閾値以下であることを条件に前記電動機の回生制御を実行する回生制御手段とを備えていることを技術的特徴としている。   The present invention is a supercharger provided in an internal combustion engine, and is based on a supercharger control device provided with a motor capable of supercharging assistance and regeneration of intake air. In the control device, determination means for determining whether or not the engine speed is equal to or less than a determination threshold value, and regenerative control means for executing regenerative control of the electric motor on condition that the engine speed is equal to or less than the determination threshold value It is a technical feature that it has.

本発明によれば、減速時に機関回転数が判定閾値以下になった場合に、電動機付過給機の電動機の回生制御を実行して、過給機の回転速度（ターボ回転速度）を強制的に低下させるので、ターボ異音の発生を抑制することができる。   According to the present invention, when the engine speed is equal to or lower than the determination threshold during deceleration, the regenerative control of the electric motor of the supercharger with electric motor is executed to forcibly set the rotational speed (turbo rotational speed) of the supercharger. Therefore, the generation of turbo noise can be suppressed.

本発明において、上記した機関回転数に対する判定閾値は、内燃機関の騒音の減少に伴う過給機騒音の発生を考慮して設定する。具体的には、減速時における機関回転低下時の内燃機関の騒音レベル（暗騒音レベル）の時間変化（減少）と、過給機回転低下時の電動機付過給機の騒音レベルの時間変化（減少）とに基づいて、過給機音（ターボ音）が気にならない機関回転数（ターボ異音が発生しない機関回転数）の低下限界値を求め、その低下限界値に基づいて判定閾値を設定する。   In the present invention, the above-described determination threshold for the engine speed is set in consideration of the occurrence of supercharger noise that accompanies a reduction in internal combustion engine noise. Specifically, the temporal change (decrease) in the noise level (background noise level) of the internal combustion engine when the engine speed decreases during deceleration and the temporal change in the noise level of the supercharger with electric motor when the turbocharger rotation decreases ( Based on the decrease limit value, determine the lower limit value of the engine speed at which the turbocharger sound (turbo sound) does not matter (the engine speed at which turbo noise does not occur), and determine the determination threshold based on the lower limit value Set.

本発明において、内燃機関のスロットル開度をスロットル開度検出手段にて検出し、そのスロットル開度の変化（単位時間当たりの変化）が所定の判定閾値以下であり、機関回転数が所定の判定閾値以下であるときに回生制御を実行する。また、スロットル開度に替えて、アクセル開度を検出し、そのアクセル開度の変化（単位時間当たりの変化）が所定の判定閾値以下であり、機関回転数が所定の判定閾値以下であるときに回生制御を実行するようにしてもよい。   In the present invention, the throttle opening degree of the internal combustion engine is detected by the throttle opening degree detecting means, the change in the throttle opening degree (change per unit time) is not more than a predetermined determination threshold value, and the engine speed is determined to be a predetermined determination value. Regenerative control is executed when it is below the threshold. In addition, when the accelerator opening is detected instead of the throttle opening, and the change in the accelerator opening (change per unit time) is not more than a predetermined determination threshold, and the engine speed is not more than the predetermined determination threshold Alternatively, regenerative control may be executed.

ここで、本発明は、特に、ボールベアリング（予圧を付与しない構造で一定隙間が存在するボールベアリング）を採用した電動機付過給機に有効に利用することができ、減速時のターボ異音を効果的に抑制することができる。   In particular, the present invention can be effectively used for a supercharger with an electric motor that employs a ball bearing (a ball bearing having a structure that does not apply preload and having a certain gap). It can be effectively suppressed.

なお、本発明は、ボールベアリングを採用した電動機付過給機に限られることなく、他の軸受を採用した過給機であって、機関回転速度の低下による内燃機関騒音（エンジン騒音）の減少に伴う過給機異音（ターボ異音）が発生する電動機付過給機にも適用可能である。   The present invention is not limited to a supercharger with an electric motor that employs a ball bearing, and is a supercharger that employs another bearing, and reduces internal combustion engine noise (engine noise) due to a decrease in engine rotational speed. The present invention can also be applied to a supercharger with an electric motor in which abnormal noise (turbo noise) is generated.

本発明によれば、減速時に機関回転数が判定閾値以下になった場合に、電動機付過給機の電動機の回生制御を実行して、過給機の回転速度を強制的に低下させているので、機関回転速度の低下時に異音（ターボ異音）が発生することを抑制できる。   According to the present invention, when the engine speed is equal to or lower than the determination threshold during deceleration, the regenerative control of the electric motor of the supercharger with electric motor is executed to forcibly reduce the rotational speed of the supercharger. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of abnormal noise (turbo abnormal noise) when the engine rotation speed decreases.

本発明を適用するエンジンの一例を示す概略構成図である。It is a schematic structure figure showing an example of an engine to which the present invention is applied. 電動機付ターボチャージャの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the turbocharger with an electric motor. 減速時の回生制御の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the regeneration control at the time of deceleration. 減速時のエンジン回転数とターボ回転数との変化を示すタイミングチャートである。6 is a timing chart showing changes in engine speed and turbo speed during deceleration. 回生制御からアシスト制御に移行する場合の例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the example in the case of transfering from regenerative control to assist control. 減速時におけるエンジン本体の騒音レベルの変化とターボチャージャの騒音レベルの変化とを示すイメージ図である。It is an image figure which shows the change of the noise level of an engine main body at the time of deceleration, and the change of the noise level of a turbocharger.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、本発明を適用するエンジン（内燃機関）について説明する。   First, an engine (internal combustion engine) to which the present invention is applied will be described.

−エンジン−
図１は車両に搭載されるエンジン１の一例を示す概略構成を示す図である。 -Engine-
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration showing an example of an engine 1 mounted on a vehicle.

この例のエンジンは、ディーゼルエンジンであって、複数の気筒（図１では４つの気筒）を有するエンジン本体１を備えている。エンジン本体１の出力軸であるクランクシャフト１ａの回転数つまりエンジン回転数はエンジン回転数センサ３１によって検出される。   The engine in this example is a diesel engine, and includes an engine body 1 having a plurality of cylinders (four cylinders in FIG. 1). The rotational speed of the crankshaft 1 a that is the output shaft of the engine body 1, that is, the engine rotational speed, is detected by an engine rotational speed sensor 31.

エンジン本体１には、燃料を燃焼室内に直接噴射するためのインジェクタ２１が設けられている。インジェクタ２１は気筒毎に設けられており、コモンレール２２に接続されている。   The engine body 1 is provided with an injector 21 for directly injecting fuel into the combustion chamber. The injector 21 is provided for each cylinder and is connected to the common rail 22.

コモンレール２２は、サプライポンプ（図示せず）から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２１に分配する。インジェクタ２１は所定電圧が印加されたときに開弁して、各気筒の燃焼室内に燃料を噴射供給する電磁駆動式の開閉弁である。   The common rail 22 has a function as a pressure accumulation chamber that holds (accumulates) high-pressure fuel supplied from a supply pump (not shown) at a predetermined pressure, and distributes the accumulated fuel to each injector 21. The injector 21 is an electromagnetically driven on / off valve that opens when a predetermined voltage is applied and injects fuel into the combustion chamber of each cylinder.

エンジン本体１の吸気側には、各気筒に吸入空気を分配するためのインテークマニホールド２が接続されている。インテークマニホールド２の入口には、空気を大気中から取り込んで当該インテークマニホールド２に導くための吸気通路４が接続されている。吸気通路４の入口にはエアクリーナ６が取り付けられている。   An intake manifold 2 for distributing intake air to each cylinder is connected to the intake side of the engine body 1. An intake passage 4 is connected to the inlet of the intake manifold 2 for taking air from the atmosphere and guiding it to the intake manifold 2. An air cleaner 6 is attached to the inlet of the intake passage 4.

また、インテークマニホールド２の上流（吸気流れの上流）には、エンジンの吸入空気量を調整するスロットルバルブ７が配置されている。スロットルバルブ７はスロットルモータ（図示せず）によって駆動される。スロットルバルブ７の開度はスロットル開度センサ３２によって検出される。スロットルバルブ７のスロットル開度はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２００によって制御される。   A throttle valve 7 for adjusting the intake air amount of the engine is disposed upstream of the intake manifold 2 (upstream of the intake flow). The throttle valve 7 is driven by a throttle motor (not shown). The opening degree of the throttle valve 7 is detected by a throttle opening degree sensor 32. The throttle opening degree of the throttle valve 7 is controlled by an ECU (Electronic Control Unit) 200.

エンジン本体１の排気側には、各気筒から排出される排気ガスを集合させるエキゾーストマニホールド３が接続されている。エキゾーストマニホールド３の出口には、排気通路５が接続されている。排気通路５の途中には、ＮＯｘ触媒、ＤＰＦ、またはＤＰＮＲ等の排気浄化装置１４が配置されている。また、排気通路５における排気浄化装置１４の上流（排気流れの上流）に排気絞り弁１３が設けられている。この排気絞り弁１３は通常は全開に開かれている。   An exhaust manifold 3 that collects exhaust gas discharged from each cylinder is connected to the exhaust side of the engine body 1. An exhaust passage 5 is connected to the outlet of the exhaust manifold 3. An exhaust purification device 14 such as a NOx catalyst, DPF, or DPNR is disposed in the middle of the exhaust passage 5. An exhaust throttle valve 13 is provided in the exhaust passage 5 upstream of the exhaust purification device 14 (upstream of the exhaust flow). This exhaust throttle valve 13 is normally opened fully.

この例のエンジンには、エンジン本体１によって駆動されるオルタネータ２３が装備されている。オルタネータ２３の入力軸はベルト２４等の動力伝達部材を介してエンジン本体１のクランクシャフト１ａに連結されている。オルタネータ２３によって発電された電力は、車両に搭載されているバッテリ２５に充電される。車両に搭載されている様々な電気機器は、バッテリ２５からの電力の供給を受けて作動する。後述する電動機付ターボチャージャ１００の電動機１０４もそのような機器の１つであり、アシスト制御時に、インバータコントローラ１１０を介してバッテリ２５から電力が供給される。   The engine of this example is equipped with an alternator 23 driven by the engine body 1. The input shaft of the alternator 23 is connected to the crankshaft 1 a of the engine body 1 through a power transmission member such as a belt 24. The electric power generated by the alternator 23 is charged in a battery 25 mounted on the vehicle. Various electric devices mounted on the vehicle operate by receiving power supplied from the battery 25. An electric motor 104 of the turbocharger with electric motor 100, which will be described later, is one of such devices, and power is supplied from the battery 25 via the inverter controller 110 during assist control.

また、この例のエンジンには、ターボチャージャ及びＥＧＲ装置が装備されている。これらの構成について説明する。   The engine in this example is equipped with a turbocharger and an EGR device. These configurations will be described.

−ターボチャージャ−
電動機付ターボチャージャ１００は、図２にも示すように、排気通路５に配置されたタービンホイール１０１、吸気通路４に配置されたコンプレッサインペラ１０２、タービンホイール１０１とコンプレッサインペラ１０２とを一体に連結する連結シャフト１０３、及び、３相交流式の電動機（モータジェネレータ）１０４などによって構成されており、排気通路５に配置のタービンホイール１０１が排気のエネルギによって回転し、これに伴って吸気通路４に配置のコンプレッサインペラ１０２が回転する。そして、コンプレッサインペラ１０２の回転により吸入空気が過給され、エンジン本体１の各気筒の燃焼室に過給空気が強制的に送り込まれる。なお、コンプレッサインペラ１０２の下流側（吸気流れの下流側）の吸気通路４には、コンプレッサインペラ１０２によって過給された空気を冷却するインタークーラ８が設けられている。 -Turbocharger-
As shown in FIG. 2, the turbocharger with electric motor 100 integrally connects the turbine wheel 101 disposed in the exhaust passage 5, the compressor impeller 102 disposed in the intake passage 4, and the turbine wheel 101 and the compressor impeller 102. The turbine shaft 101 disposed in the exhaust passage 5 is rotated by the energy of the exhaust, and is disposed in the intake passage 4 along with the connecting shaft 103 and a three-phase AC motor (motor generator) 104. The compressor impeller 102 of the compressor rotates. Then, the intake air is supercharged by the rotation of the compressor impeller 102, and the supercharged air is forcibly sent into the combustion chamber of each cylinder of the engine body 1. In addition, an intercooler 8 that cools the air supercharged by the compressor impeller 102 is provided in the intake passage 4 on the downstream side of the compressor impeller 102 (downstream side of the intake flow).

タービンホイール１０１とコンプレッサインペラ１０２とを連結する連結シャフト１０３は、２つのボールベアリング１０５，１０６（図２参照）によって支持されている。これらボールベアリング１０５，１０６は、予圧を付与しない構造で一定隙間が存在するボールベアリングである。また、連結シャフト１０３は電動機１０４のロータにもなっており、電動機１０４を作動させることで、コンプレッサインペラ１０２を強制駆動（タービン動力のアシスト）することも可能である。   A connecting shaft 103 that connects the turbine wheel 101 and the compressor impeller 102 is supported by two ball bearings 105 and 106 (see FIG. 2). These ball bearings 105 and 106 are ball bearings having a structure in which a preload is not applied and a certain gap is present. Further, the connecting shaft 103 is also a rotor of the electric motor 104, and the compressor impeller 102 can be forcibly driven (assist for turbine power) by operating the electric motor 104.

電動機１０４は、タービン動力のアシストと電力の回生とが可能なモータジェネレータであり、インバータコントローラ１１０を介してバッテリ２５に接続されている。インバータコントローラ１１０は、ＥＣＵ２００に接続されており、ＥＣＵ２００によってその駆動が制御される。   The electric motor 104 is a motor generator capable of assisting turbine power and regenerating electric power, and is connected to the battery 25 via the inverter controller 110. The inverter controller 110 is connected to the ECU 200, and the driving of the inverter controller 110 is controlled by the ECU 200.

電動機１０４はインバータコントローラ１１０によって駆動制御される。電動機１０４をモータとして作動させるアシスト制御（過給圧のアシスト制御）時には、バッテリ２５の電力がインバータコントローラ１１０を介して電動機１０４に供給される。   The electric motor 104 is driven and controlled by an inverter controller 110. At the time of assist control for operating the electric motor 104 as a motor (supercharging pressure assist control), the electric power of the battery 25 is supplied to the electric motor 104 via the inverter controller 110.

また、電動機１０４をジェネレータとして作動させる回生制御時には、電動機１０４にて発電された回生電力がインバータコントローラ１１０を介してバッテリ２５に充電される。電動機１０４の回生制御は、例えば、インバータコントローラ１１０のスイッチング素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）をスイッチングすることによって実行され、そのスイッチングのタイミングを制御することにより発電負荷（ターボ回転の減速）の大小を調整することができる。   Further, at the time of regenerative control in which the electric motor 104 is operated as a generator, the regenerative electric power generated by the electric motor 104 is charged to the battery 25 via the inverter controller 110. The regeneration control of the electric motor 104 is executed by, for example, switching a switching element (eg, MOSFET) of the inverter controller 110, and the magnitude of the generated load (deceleration of turbo rotation) is adjusted by controlling the switching timing. be able to.

そして、インバータコントローラ１１０は、電動機１０４のロータ（連結シャフト１０３）の回転数つまりターボ回転数Ｎｔを検出する機能も備えている。なお、ターボ回転数Ｎｔは個別の回転数センサで検出するようにしてもよい。   The inverter controller 110 also has a function of detecting the rotation speed of the rotor (connection shaft 103) of the electric motor 104, that is, the turbo rotation speed Nt. The turbo rotation speed Nt may be detected by an individual rotation speed sensor.

−ＥＧＲ装置−
ＥＧＲ装置はＥＧＲ通路（排気還流通路）９を備えている。ＥＧＲ通路９の一端部はインテークマニホールド２とスロットルバルブ７との間の吸気通路４に接続されている。ＥＧＲ通路９の他端部はエキゾーストマニホールド３に接続されており、排気ガス（ＥＧＲガス）の一部がＥＧＲ通路９を通って吸気通路４に導入される。ＥＧＲガス（空気に比較して比熱が高く酸素量の少ないガス）を吸気通路４に導入することで、筒内の燃焼温度を低下させてＮＯｘの生成量を低減させることができる。 -EGR device-
The EGR device includes an EGR passage (exhaust gas recirculation passage) 9. One end of the EGR passage 9 is connected to an intake passage 4 between the intake manifold 2 and the throttle valve 7. The other end of the EGR passage 9 is connected to the exhaust manifold 3, and a part of the exhaust gas (EGR gas) is introduced into the intake passage 4 through the EGR passage 9. By introducing EGR gas (a gas having a higher specific heat than that of air and a smaller amount of oxygen) into the intake passage 4, the combustion temperature in the cylinder can be lowered and the amount of NOx produced can be reduced.

ＥＧＲ通路９の途中には、当該ＥＧＲ通路９を開閉するＥＧＲバルブ１２が設けられている。ＥＧＲ通路９におけるＥＧＲバルブ１２の上流（排気側）には、ＥＧＲ通路９内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１０が設けられている。このＥＧＲクーラ１０による冷却によってＥＧＲガスの密度が高まり、吸入空気量を確保しながらＥＧＲ率を向上させることが可能になる。   An EGR valve 12 that opens and closes the EGR passage 9 is provided in the middle of the EGR passage 9. An EGR cooler 10 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 9 is provided upstream (exhaust side) of the EGR passage 12 in the EGR passage 9. Cooling by the EGR cooler 10 increases the density of EGR gas, and it is possible to improve the EGR rate while securing the intake air amount.

ＥＧＲクーラ１０とＥＧＲバルブ１２との間には、ＥＧＲクーラ１０をバイパスしてＥＧＲガスを流すためのバイパス通路１１ａが設けられている。このバイパス通路１１ａとＥＧＲ通路９との接続部（ＥＧＲガス流れの下流側の接続部）には、ＥＧＲ通路９の開度とバイパス通路１１ａの開度とを調整する切替制御バルブ１１が設けられている。   Between the EGR cooler 10 and the EGR valve 12, a bypass passage 11a for bypassing the EGR cooler 10 and flowing EGR gas is provided. A switching control valve 11 for adjusting the opening degree of the EGR passage 9 and the opening degree of the bypass passage 11a is provided at a connection portion (a connection portion on the downstream side of the EGR gas flow) between the bypass passage 11a and the EGR passage 9. ing.

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ２００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びバックアップＲＡＭなどを備えている。 -ECU-
The ECU 200 includes a CPU, a ROM, a RAM, a backup RAM, and the like.

ＲＯＭは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭは、例えばエンジンの停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。   The ROM stores various control programs, maps that are referred to when the various control programs are executed, and the like. The CPU executes various arithmetic processes based on various control programs and maps stored in the ROM. The RAM is a memory that temporarily stores calculation results in the CPU, data input from each sensor, and the like. The backup RAM is a nonvolatile memory that stores data to be saved when the engine is stopped, for example. It is memory.

ＥＣＵ２００の入力部には、エンジン回転数センサ３１、スロットル開度センサ３２、及び、アクセルペダル踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３３などのエンジン運転状態を示す各種情報を取得するための各種センサ類が接続されている。   Various information indicating the engine operating state such as an engine speed sensor 31, a throttle opening sensor 32, and an accelerator opening sensor 33 that detects an accelerator pedal depression amount (accelerator opening) are acquired at an input unit of the ECU 200. For this purpose, various sensors are connected.

ＥＣＵ２００の出力部には、インジェクタ２１、スロットルバルブ７（スロットルモータ）、インバータコントローラ１１０（電動機付ターボチャージャ１００の電動機１０４）、ＥＧＲバルブ１２、及び、切替制御バルブ１１などが接続されている。   An injector 21, a throttle valve 7 (throttle motor), an inverter controller 110 (an electric motor 104 of the turbocharger with electric motor 100), an EGR valve 12, and a switching control valve 11 are connected to the output unit of the ECU 200.

そして、ＥＣＵ２００は、上記した各種センサの検出信号に基づいて、インジェクタ２１の駆動制御（燃料噴射制御）、スロットルバルブ７のスロットルモータの駆動制御、及び、ＥＧＲ量の制御（ＥＧＲバルブ１２及び切替制御バルブ１１の制御等）などを含むエンジンの各種制御を実行する。また、ＥＣＵ２００は、過給圧のアシスト制御、及び、下記の減速時の回生制御を実行する。   The ECU 200 controls the drive of the injector 21 (fuel injection control), the drive control of the throttle motor of the throttle valve 7, and the control of the EGR amount (EGR valve 12 and switching control) based on the detection signals of the various sensors described above. Various controls of the engine including control of the valve 11 and the like are executed. Further, the ECU 200 executes supercharging pressure assist control and the following regeneration control during deceleration.

以上のＥＣＵ２００により実行されるプログラムによって、本発明の電動機付過給機の制御装置が実現される。   With the program executed by the ECU 200 described above, the control device for the supercharger with electric motor of the present invention is realized.

−減速時の回生制御−
まず、予圧を付与しない構造で一定隙間が存在するボールベアリングが採用されたターボチャージャにおいては、上述したように、エンジン減速時にターボ音が異音として聞こえやすくなる領域が存在する。つまり、エンジン本体の騒音（暗騒音）がエンジン回転速度の低下に伴って急激に下がるのに対し、ボールベアリングを用いたターボチャージャでは、軸受のフリクションが低いため、ターボ回転速度が急激には下がらず（慣性で回り続けるため）、ターボチャージャの音のみが車室内に伝播しやすくなって、ターボ異音として聞こえてしまう（図６参照）。 -Regenerative control during deceleration-
First, in a turbocharger that employs a ball bearing that has a structure in which no preload is applied and that has a certain gap, as described above, there is a region where the turbo sound is easily heard as an abnormal noise when the engine is decelerated. In other words, the noise (background noise) of the engine body decreases sharply as the engine speed decreases, but in a turbocharger using ball bearings, the friction of the bearing is low, so the turbo speed decreases rapidly. (Because it continues to rotate due to inertia), only the sound of the turbocharger is easily propagated into the passenger compartment and is heard as turbo noise (see FIG. 6).

このような点を考慮して、この例では、エンジン回転速度の低下によるエンジン騒音の減少に伴うターボ異音の発生を回避するために、減速時にエンジン回転数が所定の判定閾値以下のときに、電動機付ターボチャージャ１００の電動機１０４の回生制御を実行することで、ターボ回転速度を強制的に低下させてターボ異音を抑制することを技術的特徴としている。   Considering such points, in this example, in order to avoid the occurrence of turbo noise due to a decrease in engine noise due to a decrease in engine rotation speed, when the engine speed is below a predetermined determination threshold during deceleration, The technical feature is that the regenerative control of the electric motor 104 of the turbocharger 100 with electric motor is executed to forcibly reduce the turbo rotation speed and suppress the turbo noise.

その具体的な制御の例について図３に示すフローチャートを参照しつつ説明する。   A specific example of the control will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

図３の制御ルーチンはＥＣＵ２００において所定時間（例えば８ｍｓ）毎に繰り返して実行される。   The control routine of FIG. 3 is repeatedly executed by the ECU 200 every predetermined time (for example, 8 ms).

まず、ステップＳＴ１０１では、スロットル開度センサ３２の出力信号に基づいて、スロットル開度αの単位時間当たりの変化（以下、スロットル開度変化ｄα／ｄｔという）を算出し、そのスロットル開度変化ｄα／ｄｔが判定閾値（０）以下（ｄα／ｄｔ≦０）であるか否かを判定する。ステップＳＴ１０１の判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合（０＜ｄα／ｄｔである場合）は通常制御を実行（継続）して（ステップＳＴ１０４）、リターンする。ステップＳＴ１０１の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合（ｄα／ｄｔ≦０である場合）はステップＳＴ１０２に進む。   First, in step ST101, based on the output signal of the throttle opening sensor 32, a change in the throttle opening α per unit time (hereinafter referred to as a throttle opening change dα / dt) is calculated, and the throttle opening change dα is calculated. It is determined whether / dt is equal to or less than a determination threshold value (0) (dα / dt ≦ 0). When the determination result in step ST101 is negative (NO) (when 0 <dα / dt), normal control is executed (continued) (step ST104), and the process returns. If the determination result in step ST101 is affirmative (YES) (when dα / dt ≦ 0), the process proceeds to step ST102.

なお、スロットル開度変化ｄα／ｄｔは、［（前回のスロットル開度αn-1）−（今回のスロットル開度αn）］／ｔ ｔ：１制御周期の時間（例えば８ｍｓ）］に基づいて算出する。また、車両減速時にはスロットル開度変化ｄα／ｄｔはマイナス（ｄα／ｄｔ＜０）となる。   The throttle opening change dα / dt is calculated on the basis of [(previous throttle opening αn−1) − (current throttle opening αn)] / t t: 1 control cycle time (for example, 8 ms)]. To do. Further, when the vehicle decelerates, the throttle opening change dα / dt becomes negative (dα / dt <0).

ステップＳＴ１０２では、エンジン回転数センサ３１の出力信号から得られるエンジン回転数Ｎｅが所定の判定閾値ｔｈ（図４参照）以下（Ｎｅ≦ｔｈ）であるか否かを判定する。ステップＳＴ１０２の判定結果が否定判定である場合（ｔｈ＜Ｎｅである場合）は通常制御を実行（継続）して（ステップＳＴ１０４）、リターンする。ステップＳＴ１０２の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合（Ｎｅ≦ｔｈである場合）はステップＳＴ１０３に進む。   In step ST102, it is determined whether or not the engine speed Ne obtained from the output signal of the engine speed sensor 31 is equal to or less than a predetermined determination threshold th (see FIG. 4) (Ne ≦ th). When the determination result in step ST102 is negative (th <Ne), normal control is executed (continued) (step ST104), and the process returns. When the determination result in step ST102 is affirmative (YES) (when Ne ≦ th), the process proceeds to step ST103.

このステップＳＴ１０２の判定に用いる判定閾値ｔｈは、車両の減速時においてエンジン回転数Ｎｅが低下しているときに、ターボ異音発生に至るか否かを判定するための閾値である。   The determination threshold value th used for the determination in step ST102 is a threshold value for determining whether or not turbo abnormal noise occurs when the engine speed Ne decreases when the vehicle is decelerating.

この判定閾値ｔｈについては、エンジン回転低下時のエンジン本体１の車室内での騒音レベル（暗騒音レベル）の時間変化（減少）と、ターボ回転低下時の電動機付ターボチャージャ１００の車室内での騒音レベルの時間変化（減少）とを予め実験等によって取得しておき、それらの騒音レベルデータに基づいて、エンジン回転数がどこまで低下すると、車室内でターボ音が異音として聞こえるのか（ターボ異音が発生するのか）を経験的に把握し、その結果（エンジン回転数の低下限界値）を基に適合した値（例えば、エンジン回転数の低下限界値＋マージン）を判定閾値として設定する。   With respect to the determination threshold th, the temporal change (decrease) of the noise level (background noise level) in the vehicle interior of the engine body 1 when the engine rotation is reduced and the vehicle interior of the turbocharger with electric motor 100 when the turbo rotation is reduced. The time change (decrease) in the noise level is acquired in advance through experiments and the like. Based on the noise level data, how far the engine speed decreases and how much the turbo sound can be heard as abnormal noise in the passenger compartment (turbo noise). Whether sound is generated) is empirically grasped, and a value (for example, engine speed reduction limit value + margin) adapted based on the result (engine speed reduction limit value) is set as a determination threshold value.

なお、判定閾値ｔｈは、固定値であってもよいし、エンジン運転状態などに応じて可変に設定するようにしてもよい。   The determination threshold th may be a fixed value, or may be set variably according to the engine operating state.

ステップＳＴ１０３においては、電動機付ターボチャージャ１００の電動機１０４の回生制御を実行してターボ回転速度を強制的に下げる。   In step ST103, regenerative control of the electric motor 104 of the turbocharger 100 with electric motor is executed to forcibly reduce the turbo rotation speed.

具体的には、インバータコントローラ１１０により検出されるターボ回転数Ｎｔに基づいて、ターボ回転数Ｎｔが図４に示す異音許容ゾーンＺを通過するように、電動機１０４の回生制御（インバータのスイッチング制御）を実行してターボ回転速度を強制的に低下させる。なお、図４には、回生制御を実行しない場合でタービン回転数Ｎｔが成り行きで下がる場合を破線で示している。   Specifically, based on the turbo rotation speed Nt detected by the inverter controller 110, the regeneration control (switching control of the inverter) of the motor 104 is performed so that the turbo rotation speed Nt passes through the noise allowable zone Z shown in FIG. ) To forcibly reduce the turbo speed. In FIG. 4, the broken line indicates the case where the turbine rotation speed Nt decreases in a case where the regeneration control is not executed.

ここで、異音許容ゾーンＺはターボ音が気にならないターボ回転域である。この異音許容ゾーンＺについては、上記と同様に実験等により、エンジン回転低下時のエンジン本体１の車室内での騒音レベル（暗騒音レベル）の時間変化（減少）と、ターボ回転低下時の電動機付ターボチャージャ１００の車室内での騒音レベルの時間変化（減少）とを予め取得しておき、それらの騒音レベルデータに基づいて、車室内においてターボ音が気にならないターボ回転域を経験的に求め、その結果を基に図４に示すような異音許容ゾーンＺを設定する。   Here, the abnormal noise permissible zone Z is a turbo rotation region where the turbo sound is not a concern. With respect to the noise tolerance zone Z, the time change (decrease) of the noise level (background noise level) in the vehicle interior of the engine main body 1 when the engine rotation decreases and the time when the turbo rotation decreases due to experiments and the like. The time change (decrease) of the noise level in the passenger compartment of the turbocharger with electric motor 100 is acquired in advance, and based on the noise level data, the turbo rotation range in which the turbo sound is not anxious in the passenger compartment is empirical. And an abnormal sound tolerance zone Z as shown in FIG. 4 is set based on the result.

以上のステップＳＴ１０３での回生制御は、ステップＳＴ１０１の判定結果が否定判定となる（０＜ｄα／ｄｔとなる）まで継続される。そして、ドライバがアクセルペダルを踏み込んで、スロットル開度変化ｄα／ｄｔが０よりも大きくなったときに、例えば図５に示すように、回生制御からアシスト制御に移行して加速モードに入る。このように加速要求があったときには直ぐにアシスト制御に移行することで、加速への影響を少なくすることができる。   The regeneration control in step ST103 is continued until the determination result in step ST101 is negative (0 <dα / dt). When the driver depresses the accelerator pedal and the throttle opening change dα / dt becomes larger than 0, for example, as shown in FIG. 5, the regeneration control is shifted to the assist control and the acceleration mode is entered. As described above, when the acceleration request is made, the shift to the assist control is immediately performed, so that the influence on the acceleration can be reduced.

ここで、ステップＳＴ１０１の判定処理を行っている理由は、車両が減速時であることを判定するためである。すなわち、車両が減速モードに入った場合、スロットル開度変化ｄα／ｄｔはマイナス（ｄα／ｄｔ＜０）となるので、この点を利用して車両の減速を判定するようにしている。また、この例では、スロットル開度変化ｄα／ｄｔが０の場合においても回生制御を継続してターボ回転速度を減少させるようにするため、ステップＳＴ１０１の判定条件を［ｄα／ｄｔ≦０］としている。   Here, the reason why the determination process of step ST101 is performed is to determine that the vehicle is decelerating. That is, when the vehicle enters the deceleration mode, the throttle opening change dα / dt becomes minus (dα / dt <0), and this point is used to determine deceleration of the vehicle. Further, in this example, in order to continue the regenerative control and reduce the turbo rotation speed even when the throttle opening change dα / dt is 0, the determination condition in step ST101 is [dα / dt ≦ 0]. Yes.

なお、このような判定条件に限られることなく、［ｄα／ｄｔ≦−β］という判定条件としてもよい。この場合、［−β］は、例えば、回生制御とアシスト制御とのハンチングを考慮して設定すればよい。   Note that the determination condition is not limited to such a determination condition, and may be a determination condition of [dα / dt ≦ −β]. In this case, [−β] may be set in consideration of hunting between regenerative control and assist control, for example.

以上のように、この例の制御によれば、車両の減速時において、エンジン回転数Ｎｅが低下して判定閾値ｔｈ以下になったとき、つまり、エンジン回転数Ｎｅが低下する過程においてエンジン騒音の減少に伴うターボ異音発生の前に、電動機付ターボチャージャ１００の電動機１０４の回生制御を実行して、ターボ回転速度（ターボ回転数Ｎｔ）を強制的に下げているので、ターボ異音の発生を回避することができる。また、ターボ異音の発生を抑制するために回生制御を実行しているときに、回生電力がバッテリ２５に供給されるので、減速時にバッテリ２５の充電を行うことがきる。   As described above, according to the control of this example, when the engine speed Ne is decreased and becomes equal to or less than the determination threshold th when the vehicle is decelerated, that is, in the process of decreasing the engine speed Ne, Before generation of turbo noise due to the decrease, regeneration control of the motor 104 of the turbocharger 100 with motor is executed to forcibly reduce the turbo rotation speed (turbo rotation speed Nt). Can be avoided. In addition, when regenerative control is executed to suppress the occurrence of turbo noise, regenerative power is supplied to the battery 25, so that the battery 25 can be charged during deceleration.

−他の実施形態−
以上の例では、図３のステップＳＴ１０１の判定処理において、スロットル開度の変化（ｄα／ｄｔ）を判定閾値と比較しているが、これに替えて、アクセル開度センサ３３によって検出されるアクセル開度θの単位時間当たりの変化（ｄθ／ｄｔ）を判定閾値と比較するようにしてもよい。 -Other embodiments-
In the above example, the change in throttle opening (dα / dt) is compared with the determination threshold in the determination process of step ST101 in FIG. 3, but instead, the accelerator detected by the accelerator opening sensor 33 is detected. You may make it compare the change (d (theta) / dt) per unit time of opening degree (theta) with a determination threshold value.

以上の例では、ボールベアリングを採用した電動機付ターボチャージャの制御に本発明を適用した例を示したが、これに限られることなく、他の軸受を採用した電動機付ターボチャージャであって、エンジン回転速度の低下による内燃エンジン騒音（暗騒音）の減少に伴うターボ異音が発生する電動機付ターボチャージャにも本発明は適用可能である。   In the above example, an example in which the present invention is applied to control of a turbocharger with an electric motor that employs a ball bearing has been shown. However, the present invention is not limited to this, and is a turbocharger with an electric motor that employs another bearing. The present invention is also applicable to a turbocharger with an electric motor that generates turbo noise due to a decrease in internal combustion engine noise (background noise) due to a decrease in rotational speed.

以上の例では、ディーゼルエンジンの電動機付過給機の制御に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、ガソリンエンジン等の他のエンジンに装備される電動機付過給機の制御にも適用可能である。   In the above example, an example in which the present invention is applied to the control of a turbocharger with an electric motor of a diesel engine has been shown. However, the present invention is not limited to this, and the electric motor with which the other engine such as a gasoline engine is equipped. It can also be applied to supercharger control.

本発明は、内燃機関に備えられる過給機であって、吸入空気の過給アシスト及び電力の回生が可能な電動機を備えた過給機の制御に利用可能である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for controlling a supercharger that is provided in an internal combustion engine and that includes a supercharger that assists in supercharging intake air and that can regenerate electric power.

１ エンジン本体
４ 吸気通路
５ 排気通路
７ スロットルバルブ
２５ バッテリ
３１ エンジン回転数センサ
３２ スロットル開度センサ
３３ アクセル開度センサ
１００ 電動機付ターボチャージャ（電動機付過給機）
１０１ タービンホイール
１０２ コンプレッサインペラ
１０３ 連結シャフト
１０４ 電動機（モータジェネレータ）
１０５、１０６ ボールベアリング
２００ ＥＣＵ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine body 4 Intake passage 5 Exhaust passage 7 Throttle valve 25 Battery 31 Engine speed sensor 32 Throttle opening sensor 33 Accelerator opening sensor 100 Turbocharger with electric motor (supercharger with electric motor)
101 Turbine wheel 102 Compressor impeller 103 Connecting shaft 104 Electric motor (motor generator)
105, 106 Ball bearing 200 ECU

Claims (4)

内燃機関に適用され、吸入空気の過給アシスト及び回生が可能な電動機を備えた過給機の制御装置であって、
機関回転数が判定閾値以下であるか否かを判定する判定手段と、前記機関回転数が判定閾値以下であることを条件に前記電動機の回生制御を実行する回生制御手段とを備えていることを特徴とする電動機付過給機の制御装置。 A supercharger control device comprising an electric motor that is applied to an internal combustion engine and is capable of supercharging assistance and regeneration of intake air,
Determining means for determining whether or not the engine speed is equal to or less than a determination threshold; and regenerative control means for executing regenerative control of the electric motor on condition that the engine speed is equal to or less than the determination threshold. A control device for a supercharger with an electric motor. 請求項１記載の電動機付過給機の制御装置において、
前記内燃機関のスロットル開度を検出するスロットル開度検出手段を備え、前記スロットル開度の変化が判定閾値以下であり、前記機関回転数が判定閾値以下であるときに前記回生制御を実行することを特徴とする電動機付過給機の制御装置。 The control device for a supercharger with an electric motor according to claim 1,
Throttle opening degree detecting means for detecting the throttle opening degree of the internal combustion engine is provided, and the regeneration control is executed when a change in the throttle opening is not more than a determination threshold value and the engine speed is not more than a determination threshold value. A control device for a supercharger with an electric motor. 請求項１または２記載の電動機付過給機の制御装置において、
前記機関回転数に対する判定閾値は、当該内燃機関の騒音の減少に伴う前記過給機騒音の発生を考慮して設定されていることを特徴とする電動機付過給機の制御装置。 The control device for a supercharger with an electric motor according to claim 1 or 2,
The determination threshold for the engine speed is set in consideration of generation of the supercharger noise accompanying reduction in noise of the internal combustion engine. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の電動機付過給機の制御装置において、
前記電動機付過給機の連結シャフトを支持する軸受がボールベアリングであることを特徴とする電動機付過給機の制御装置。 In the control apparatus of the supercharger with an electric motor according to any one of claims 1 to 3,
A control device for a supercharger with electric motor, wherein the bearing for supporting the connecting shaft of the supercharger with electric motor is a ball bearing.

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