JP2017089583A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェイストゲートバルブのチャタリングを抑制できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】過給機のタービンをバイパスする排気バイパス通路に流す排気の流量を調整するウェイストゲートバルブと、ウェイストゲートバルブを開閉駆動するアクチュエータと、アクチュエータを制御して前記ウェイストゲートバルブの開度を調整する制御部と、を備え、制御部は、ウェイストゲートバルブが閉じ切る前に過給圧が目標過給圧に到達した場合であって、過給圧がハンチングしているときに、ウェイストゲートバルブを閉じ切る全閉制御を実行することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

排気タービン駆動式の過給機が知られている。また、特許文献１に示すように、排気タービンをバイパスする排気バイパス通路とその排気バイパス通路に流す排気の流量を開閉動作により調整するウェイストゲートバルブを搭載した過給機も知られている。排気の一部を排気バイパス通路に流すことにより、過給圧を調整することができる。例えば、ウェイストゲートバルブの開度を小さくすると、排気バイパス通路に流れる排気の流量が減り、過給圧が上昇する。そして、ウェイストゲートバルブを全閉すると、排気バイパス通路には排気が流れなくなり、過給圧がさらに上昇する。

ところが、ウェイストゲートバルブの着座部の位置は経時的な磨耗などによって微妙に変化することがある。この場合、ウェイストゲートバルブを全閉することはできず、十分な過給圧を得られないおそれがある。特許文献２では、このような場合に確実にウェイストゲートバルブを全閉する構成が開示されている。具体的には、ウェイストゲートバルブの実開度が全閉近傍の所定開度よりも小さければ、開度調整部による開度調整を解除して、ウェイストゲートバルブが着座部に着座するように、予め定められた操作量でウェイストゲートバルブを閉じる全閉制御を行う構成が開示されている。

特開２０１５−８１５７８号公報 特開２０１５−４０４８８号公報

ところで、吸気絞り弁を全開にして加速するフルスロットル時でも、ウェイストゲートバルブを閉じ切る全閉制御が行われている。ここで、ウェイストゲートバルブを閉じ切る前に過給圧が目標過給圧に到達した場合、ウェイストゲートバルブはわずかに開いた状態で保持され、完全には閉じ切らなくなる場合がある。この状態でウェイストゲートバルブに排気脈動が作用すると、ウェイストゲートバルブはチャタリング（バタツキ）を起こし、ウェイストゲートバルブの着座部と接触することにより打音が発生する可能性がある。

本発明では、ウェイストゲートバルブのチャタリングを抑制できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、過給機のタービンをバイパスする排気バイパス通路に流す排気の流量を調整するウェイストゲートバルブと、前記ウェイストゲートバルブを開閉駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータを制御して前記ウェイストゲートバルブの開度を調整する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ウェイストゲートバルブが閉じ切る前に過給圧が目標過給圧に到達した場合であって、前記過給圧がハンチングしているときに、前記ウェイストゲートバルブを閉じ切る全閉制御を実行することを特徴とする。

この構成によれば、ウェイストゲートバルブが閉じ切る前に過給圧が目標過給圧に到達し、過給圧がハンチングしているときに、制御部はウェイストゲートバルブを閉じ切る全閉制御を実行する。これにより、ウェイストゲートバルブがわずかに開いた状態でウェイストゲートバルブに排気脈動が作用しても、ウェイストゲートバルブのチャタリングが抑制される。

本発明によれば、ウェイストゲートバルブのチャタリングを抑制することができる。

内燃機関の制御装置の一例を説明する図である。 ウェイストゲートバルブがわずかに開いた状態の一例を説明するための図である。 ウェイストゲートバルブの一例を説明するための図である。 ＥＣＵの動作の一例を示すフローチャートである。 クリアランスとバルブ開度との関係を表すグラフの一例である。 経過時刻と実過給圧との関係を表すグラフの一例である。

以下、本件を実施するための形態について図面を参照して説明する。

図１は、内燃機関１０の制御装置の一例を説明する図である。図２は、ウェイストゲートバルブ２７がわずかに開いた状態の一例を説明するための図である。図３は、ウェイストゲートバルブ２７の一例を説明するための図である。まず、図１に示すように、過給機２０は、内燃機関１０の吸気通路１１に設けられる吸気コンプレッサ２１と、排気通路１２に設けられる排気タービン２２とを備えている。吸気コンプレッサ２１は内部にコンプレッサインペラ２３を備えている。排気タービン２２は内部にタービンホイール２４を備えている。コンプレッサインペラ２３とタービンホイール２４とは、シャフト２５を介して一体回転可能に連結されている。当該過給機２０において、タービンホイール２４に内燃機関１０の排気が吹き付けられると、タービンホイール２４及びコンプレッサインペラ２３は一体回転する。これにより、吸気通路１１を流れる吸気が加圧されて内燃機関１０の燃焼室に強制的に送り込まれる。

排気タービン２２にはタービンホイール２４をバイパス（迂回）して延びる形状の排気バイパス通路２６が設けられている。排気バイパス通路２６は、排気通路１２におけるタービンホイール２４よりも排気上流側の部分と排気下流側の部分とを連通する形状で延設されている。また、排気タービン２２には、排気バイパス通路２６による連通とその連通の遮断とを切り換え、排気バイパス通路２６に流す排気の流量を調整するウェイストゲートバルブ２７が設けられている。

図２に示すように、排気バイパス通路２６は連通路３２と貫通孔３３とにより構成される。連通路３２は排気通路１２におけるタービンホイール２４より排気下流側の部分に連通する形状に形成される。貫通孔３３は排気通路１２におけるタービンホイール２４より排気上流側の部分と連通路３２とを連通する形状に形成されている。

図１乃至図３に示すように、ウェイストゲートバルブ２７は、貫通孔３３における連通路３２側の開口部周縁が着座部（以下、バルブ着座部と呼ぶ）４１になる。また、ウェイストゲートバルブ２７は、図１に示すように、リンク機構４２を介して電動式のアクチュエータ４４に連結された弁体４６を備えている。リンク機構４２は、回転軸３６の軸心を揺動中心として揺動する揺動アーム４３を備えている。揺動アーム４３の一端にはアクチュエータ４４の駆動ロッド４５が相対回動可能に連結されている。図２及び図３に示すように、揺動アーム４３の他端には円盤形状に形成された弁体４６が連結ピン４６Ａによって一体的に取り付けられている。

内燃機関１０や過給機２０には、その周辺機器として、各種のセンサ類が設けられている。センサ類としては、例えばエンジン回転数センサ５１Ａ、スロットル開度センサ５１Ｂ、ＷＧＶ開度センサ５１Ｃ、エンジントルクセンサ５１Ｄ、、車速センサ５１Ｅ、及び過給圧センサ５１Ｆなどがある。

エンジン回転数センサ５１Ａは、内燃機関１０の回転数に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ５１Ｂは、吸気絞り弁１１Ａの開度に応じた検出信号を出力する。尚、図１に示すように、吸気絞り弁１１Ａは吸気通路１１におけるコンプレッサインペラ２３よりも吸気上流側の部分に配置されている。ＷＧＶ開度センサ５１Ｃは、ウェイストゲートバルブ２７の開度に応じた検出信号を出力する。エンジントルクセンサ５１Ｄは、内燃機関１０の出力（トルク）に応じた検出信号を出力する。車速センサ５１Ｅは、車両の速度に応じた検出信号を出力する。過給圧センサ５１Ｆは、吸気通路１１内のガスの実際の圧力である実過給圧に応じた検出信号を出力する。過給圧センサ５１Ｆは、過給機２０（具体的にはコンプレッサインペラ２３）の下流側の吸気通路１１に配置されている。

また、周辺機器として、マイクロコンピュータ等からなるＥＣＵ（Engine Control Unit）５０も設けられている。このＥＣＵ５０は、上述した各種のセンサ類から出力された検出信号を取り込み、検出信号に基づいて各種の演算を行う。そして、ＥＣＵ５０は演算結果に基づいてアクチュエータ４４の作動制御など、内燃機関１０の運転にかかる各種の制御を実行する。尚、本実施形態に係る内燃機関１０の制御装置は、ウェイストゲートバルブ２７、アクチュエータ４４、及びＥＣＵ５０などにより構成される。

その他、上述した周辺機器として、運転スイッチ５２やリレー５３なども設けられている。運転スイッチ５２は、内燃機関１０の運転を開始させる際にオン操作され、内燃機関１０の運転を停止させる際にオフ操作される。リレー５３は、運転スイッチ５２のオフ操作による内燃機関１０の運転停止後に、所定の期間にわたり、アクチュエータ４４、ＥＣＵ５０、エンジン回転数センサ５１Ａ、スロットル開度センサ５１Ｂ、ＷＧＶ開度センサ５１Ｃ、エンジントルクセンサ５１Ｄ、車速センサ５１Ｅ、及び過給圧センサ５１Ｆへの電力供給を継続する。

アクチュエータ４４の作動制御では、図２中の実線の矢印で示すように、揺動アーム４３の作動位置が内燃機関１０の運転状態に応じて変更される。こうしたアクチュエータ４４の作動制御を通じて、弁体４６がバルブ着座部４１に着座した位置（図１に示す位置［全閉位置］）になると、貫通孔３３が閉鎖されるために、排気バイパス通路２６も閉鎖された状態（閉弁状態）になる。一方、弁体４６がバルブ着座部４１から離座した位置（開弁位置）になると、貫通孔３３が開放されるために、排気バイパス通路２６が開放された状態（開弁状態）になる。

次に、図４乃至図６を参照して、ＥＣＵ５０の動作について説明する。

図４は、ＥＣＵ５０の動作の一例を示すフローチャートである。図５は、クリアランスとバルブ開度との関係を表すグラフの一例である。図６は、経過時刻と実過給圧との関係を表すグラフの一例である。尚、図４に示すフローチャートは例えば数マイクロ秒乃至数十マイクロ秒程度の極めて短いサイクルタイムで繰り返し実行される。また、図４に示すフローチャートは、単独で或いは他のフローチャートと並列的に実行される。

まず、図４に示すように、ＥＣＵ５０はアクセル操作に基づくエンジン回転数、スロットル開度、ウェイストゲートバルブ（図４においてＷＧＶと表記）開度、エンジントルク、車速、及び実過給圧を取得する（ステップＳ１０１）。より詳しくは、ＥＣＵ５０はエンジン回転数センサ５１Ａから出力された検出信号をエンジン回転数として取得する。同様に、ＥＣＵ５０はスロットル開度センサ５１Ｂ、ＷＧＶ開度センサ５１Ｃ、エンジントルクセンサ５１Ｄ、車速センサ５１Ｅ、及び過給圧センサ５１Ｆから出力された各検出信号をそれぞれ、スロットル開度、ウェイストゲートバルブ開度、エンジントルク、車速、及び実過給圧として取得する。

ステップＳ１０１の処理が完了すると、次いで、ＥＣＵ５０は実過給圧が目標過給圧に到達したか否かを判断する（ステップＳ１０２）。より詳しくは、ＥＣＵ５０は車速などで表される以下に記載の車両状態に基づいて、過給圧の目標値である目標過給圧を逐次決定する。ここで、車両状態は車両の走行状態や負荷状態の総称である。走行状態および負荷状態は、互いに厳密に区別されるものではなく、その走行状態も負荷状態も、例えば、エンジン回転数、スロットル開度、エンジントルク、車速、実過給圧などのパラメータの一部若しくは全部により表される。そして、ＥＣＵ５０は決定した目標過給圧に実過給圧が到達したか否かを判断する。

ここで、ＥＣＵ５０は実過給圧が目標過給圧に到達していないと判断した場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、本フローチャートを終了する。この場合、ウェイストゲートバルブ２７はわずかに開いた状態で保持されていない。したがって、打音は発生しないため特別な制御を要しない。一方、ＥＣＵ５０は実過給圧が目標過給圧に到達したと判断した場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、次いで、ＷＧＶ開度が閾値以内であるか否かを判断する（ステップＳ１０３）。具体的には、ＥＣＵ５０は、ウェイストゲートバルブ２７がわずかに開いた状態（図２参照）で保持されていると判断した場合、ＷＧＶ開度がバルブ着座部４１に接触する開度の範囲内になったか否かを判断する。

ここで、図５に示すように、クリアランスとバルブ開度との間には所定の関係がある。クリアランスはバルブ着座部４１とウェイストゲートバルブ２７（より詳しくは弁体４６）との間に形成される隙間を表している。図５に示すように、バルブ着座部４１とウェイストゲートバルブ２７との間のクリアランスが所定値以下である場合、換言すればＷＧＶ開度が所定値に応じた閾値以内である場合、ウェイストゲートバルブ２７はバルブ着座部４１に接触し、打音が発生する。尚、当該所定値は、図２に示すわずかに開いた状態に相当するクリアランスより小さな値である。

さらに、ＥＣＵ５０は、ＷＧＶ開度が閾値以内でないと判断した場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、実過給圧がハンチングしているか否かを判断する（ステップＳ１０４）。より詳しくは、図６に示すように、所定の期間にわたり実過給圧が一定の変動量でばらついている場合、ＥＣＵ５０は実過給圧がハンチングしていると判断し、そうでない場合、実過給圧がハンチングしていないと判断する。すなわち、ウェイストゲートバルブ２７がチャタリングを起こすと、排気バイパス通路２６には排気が安定して流れず、タービンホイール２４に吹き付けられる排気も安定しなくなる。これにより、タービンホイール２４と一体回転するコンプレッサインペラ２３も回転が安定しなくなり、実過給圧がばらつく。ＥＣＵ５０は、実過給圧がハンチングしていないと判断すれば（ステップＳ１０４：ＮＯ）、本フローチャートを終了する。一方、実過給圧がハンチングすると、打音は発生する。すなわち、バルブ着座部４１とウェイストゲートバルブ２７との間に上述した所定値より大きなクリアランスが存在していても、図２に示すわずかに開いた状態に相当するクリアランス以下であり、実過給圧がハンチングしていれば、ウェイストゲートバルブ２７はバルブ着座部４１に接触する。言い換えれば、ＷＧＶ開度が上述した閾値より大きな開度であっても、図２に示すわずかに開いた状態に相当する開度以下であり、実過給圧がハンチングしていれば、ウェイストゲートバルブ２７はバルブ着座部４１に接触する。この場合、打音が発生する。

したがって、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０３の処理においてＷＧＶ開度が閾値以内であると判断した場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、又は、ステップＳ１０４の処理において実過給圧がハンチングしていると判断した場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、ウェイストゲートバルブ２７を完全に閉じ切る全閉制御を実行する（ステップＳ１０５）。これにより、ウェイストゲートバルブ２７のチャタリングが抑制され、打音が低減する。特に、車外騒音を測定する際に高評価を得るべく、過給機２０に打音を抑えるためのカバー部材を別途に設ける必要がなく、車両コストの上昇を抑えることができる。

ステップＳ１０５の処理が終了すると、打音のない通常運転に移行するが、実過給圧が上昇し、目標過給圧から乖離する。このため、ＥＣＵ５０は吸気絞り弁１１Ａを閉じ側へ制御する（ステップＳ１０６）。これにより、目標過給圧に収束する。ステップＳ１０６の処理が終了すると、ＥＣＵ５０は本フローチャートを終了する。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 内燃機関
２０ 過給機
２７ ウェイストゲートバルブ
４１ バルブ着座部
４４ アクチュエータ
４６ 弁体
５０ ＥＣＵ

Claims (1)

1. 過給機のタービンをバイパスする排気バイパス通路に流す排気の流量を調整するウェイストゲートバルブと、
   前記ウェイストゲートバルブを開閉駆動するアクチュエータと、
   前記アクチュエータを制御して前記ウェイストゲートバルブの開度を調整する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記ウェイストゲートバルブが閉じ切る前に過給圧が目標過給圧に到達した場合であって、前記過給圧がハンチングしているときに、前記ウェイストゲートバルブを閉じ切る全閉制御を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。

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