JP7054716B2 - 内燃機関の過給圧制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、過給機を備える内燃機関の過給圧制御装置に関する。

過給機を備えた自動車等の内燃機関においては、コンプレッサにより吸気を圧縮することで過給圧を上昇させ、それにより出力を増加させる。過給圧を上昇させると、それによって圧縮された吸気の温度が上昇し、そのような吸気温度の上昇は、ノッキング等の異常燃焼の発生の原因になる。そこで、従来、吸気通路中にインタークーラを設け、吸気を冷却することが行われている。

吸気がインタークーラによって冷却されると、インタークーラの内部又は下流側において凝縮水が発生する場合がある。こうした凝縮水の発生は、インタークーラの腐食や、ウォーターハンマ等の発生による内燃機関の損傷の原因になるため、確実に防止することが望ましい。

こうした問題に対して、たとえば特許文献１に記載の内燃機関の制御装置では、内燃機関の燃焼室に吸入される吸気の湿度を検出し、当該湿度が高い場合に過給圧を下げる制御を行うことで凝縮水の発生を抑制するようにしている。

特開２０１５－７８６３７号公報

吸気が高温多湿の状態にある場合、吸気中に多量に存在する水分がインタークーラで冷却されることにより、インタークーラの内部又は下流側で凝縮水が発生する可能性が高くなる。このとき、発生した凝縮水が、過給機により上昇した過給圧によって、一度に多量に内燃機関の燃焼室に取り込まれると、失火が発生するおそれがある。また、吸気が低温多湿の状態にある場合、吸気中の多量の水分がインタークーラにより過度に冷却されることで凝縮し、その内部又は下流側で凍結する場合がある。

これに対し、特許文献１の技術では、吸気の温度を考慮することなく、吸気の湿度に基づいて過給圧を制御しているため、上記のような高温多湿条件又は低温多湿条件で凝縮水の発生を防止することは困難である。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、多量の凝縮水の発生による内燃機関の失火やインタークーラの凍結を抑制できるとともに、そのような不具合が生じにくい条件において、過給応答性の低下を抑制することができる内燃機関の過給圧制御装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明の請求項１に係る内燃機関の過給圧制御装置は、車両に搭載された内燃機関（実施形態における（以下、本項において同じ）エンジン１）の吸気をコンプレッサ１２３によって圧縮し、過給する過給機１２と、コンプレッサ１２３によって圧縮された吸気を冷却するインタークーラ３と、車両の要求に基づいて設定される目標過給圧ＰＢＣＭＤに基づき、過給機１２による過給圧ＰＢを制御する過給圧制御手段（ＥＣＵ２０）と、コンプレッサ１２３の上流側の吸気の温度を吸気温度ＴＩとして取得する吸気温度取得手段（吸気温度センサ２３）と、車両の速度である車速ＶＰを取得する車速取得手段（車速センサ２５）と、を備え、過給圧制御手段は、取得された吸気温度ＴＩが、所定の第１しきい値温度ＴＴＨＲ１以上、又は第１しきい値温度ＴＴＨＲ１よりも低い所定の第２しきい値温度ＴＴＨＲ２以下であり、かつ、前記取得された車速ＶＰが所定値ＶＴＨＲ以上である場合に、過給圧ＰＢを目標過給圧ＰＢＣＭＤよりも低い値に低減する過給圧低減制御を実行する（図３のステップ３０１、３０２、３０６）とともに、吸気温度が、第１しきい値温度ＴＴＨＲ１未満で、かつ第２しきい値温度ＴＴＨＲ２より高い場合、又は前記車速が前記所定値未満である場合に、過給圧低減制御の実行を禁止する（ステップ３０１、３０２、３０７）ことを特徴とする。

この構成によれば、過給圧制御手段は、取得された吸気温度が、所定の第１しきい値温度以上であるか、又は、第１しきい値温度よりも低い所定の第２しきい値温度以下であり、かつ、前記取得された車速が所定値以上である場合に、過給圧を目標過給圧よりも低い値に低減する過給圧低減制御を実行する。

このように、湿度が高い場合にインタークーラの内部又は下流側に多量の凝縮水が発生しやすい所定の高温条件において、又は湿度が高い場合にインタークーラの内部又は下流側で凍結が発生しやすい所定の低温条件において、かつ、所定の高車速条件を満たす場合にのみ、過給圧低減制御を実行し、過給圧を目標過給圧よりも低い値に低減する。これにより、過給による吸気流量を低減することによって、多量の凝縮水の吸い込みによる内燃機関の失火や、過度の冷却によるインタークーラの内部又は下流側の凍結を抑制することができる。また、上記の温度条件又は車速条件のいずれかを満たさない場合には、過給圧低減制御の実行を禁止するので、多量の凝縮水が発生しにくい条件において、過給応答性の低下を抑制することができる。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の過給圧制御装置において、コンプレッサ１２３の上流側の吸気の湿度を表す吸気湿度パラメータを取得する吸気湿度パラメータ取得手段（ワイパーセンサ２６）をさらに備え、過給圧制御手段は、吸気温度ＴＩが、第１しきい値温度ＴＴＨＲ１以上又は第２しきい値温度ＴＴＨＲ２以下であり、取得された車速ＶＰが所定値ＶＴＨＲ以上であり、かつ、取得された吸気湿度パラメータによって表される湿度が所定値以上である場合に、過給圧低減制御を実行する（ステップ３０１～３０６）とともに、吸気温度ＴＩが、第１しきい値ＴＴＨＲ１温度未満、かつ第２しきい値温度ＴＴＨＲ１より高いか、車速ＶＰが所定値ＶＴＨＲ未満であるか、又は吸気湿度パラメータによって表される湿度が所定値未満である場合に、過給圧低減制御の実行を禁止する（ステップ３０１～３０５、３０７）ことを特徴とする。

この構成によれば、過給圧制御手段は、吸気温度が、所定の第１しきい値温度以上であるか、又は、第１しきい値温度よりも低い第２しきい値温度以下であり、かつ、取得された車速が所定値以上であり、かつ、取得された吸気湿度パラメータによって表される湿度が所定値以上である場合に、過給圧低減制御を実行する。

このように、所定の高温又低温の条件で、かつ、所定の高車速条件及び所定の高湿度条件を満たす場合にのみ、過給圧低減制御を実行し、過給圧を目標過給圧よりも低い値に低減する。これにより、多量の凝縮水の吸い込みによる内燃機関の失火や、過度な冷却の促進によるインタークーラの内部又は下流側の凍結を抑制するという効果を、より良好に得ることができる。また、上記の温度条件、車速条件、及び湿度条件のいずれかを満たさない場合には、過給圧低減制御の実行を禁止するので、多量の凝縮水が発生しにくい条件において、過給応答性の低下をより抑制することができる。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関の過給圧制御装置において、吸気湿度パラメータは、ワイパーの作動信号であり、過給圧制御手段は、吸気温度が、第１しきい値温度以上又は第２しきい値温度以下であり、取得された車速が所定値以上であり、かつ、取得されたワイパーの作動信号が、ワイパーの連続作動を表す場合に、過給圧低減制御を実行する（ステップ３０１～３０６）とともに、吸気温度が、第１しきい値温度未満、かつ第２しきい値温度より高いか、車速が所定値未満であるか、又は取得されたワイパーの作動信号が、ワイパーの連続作動を表さない場合に、過給圧低減制御の実行を禁止する（ステップ３０１～３０５、３０７）ことを特徴とする。

この構成によれば、吸気湿度パラメータは、ワイパーの作動信号であり、過給圧制御手段は、吸気温度が、第１しきい値温度以上又は第２しきい値温度以下であり、かつ、取得された車速が所定値以上であり、かつ、取得されたワイパーの作動信号が、ワイパーの連続作動を表す信号である場合に、過給圧低減制御を実行する。

このように、ワイパーの連続作動を表す信号を取得した場合に、所定の高湿度条件を満たしたと判定するので、より簡易な構成で所定の高湿度条件を満たすか否かを判定することができる。

本発明の請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の過給圧制御装置において、過給圧低減制御の実行時、過給圧ＰＢの低減による内燃機関のトルクの低下を補償するために、過給圧低減制御の非実行時よりも、スロットル弁１３の開度の増加によって吸入空気量を増加させるトルク補償手段（ＥＣＵ２０、ステップ３０８）をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、過給圧低減制御の実行時に、トルク補償手段により、過給圧低減制御の非実行時よりも、スロットル弁の開度の増加によって吸入空気量を増加させる。これにより、過給圧低減制御の実行による過給圧の低減によるトルクの減少分を補償することができ、ドライバビリティ及び燃費の悪化を抑制することができる。

内燃機関の構成を模式的に示す図である。 内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。 過給圧の制御処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１に示すように、内燃機関（以下「エンジン」という）１は、車両に搭載され、例えば直列の４つの気筒６を有するとともに、気筒６の燃焼室（図示せず）内に燃料を直接、噴射する直噴エンジンである。各気筒６には、燃料噴射弁７、点火プラグ８、吸気弁及び排気弁（いずれも図示せず）が設けられている。

また、エンジン１は、吸気通路２、排気通路１１、及び過給機としてのターボチャージャ１２を備えている。吸気通路２はサージタンク４に接続され、サージタンク４は、吸気マニホルド５を介して各気筒６の燃焼室に接続されている。吸気通路２には、上流側から順に、ターボチャージャ１２の後述するコンプレッサ１２３、ターボチャージャ１２で加圧された空気を冷却するためのインタークーラ３、及びスロットル弁１３が設けられている。スロットル弁１３は、スロットル（ＴＨ）アクチュエータ１３ａによって駆動される。サージタンク４には、過給圧ＰＢを検出する過給圧センサ２１が設けられ、吸気通路２には、吸入空気流量ＧＡＩＲを検出する吸入空気流量センサ２２が設けられているとともに、吸気温度ＴＩを検出する吸気温度センサ２３が設けられている。

ターボチャージャ１２は、排気通路１１に設けられ、排ガスの運動エネルギにより回転駆動されるタービン１２１と、吸気通路２に設けられ、シャフト１２２を介してタービン１２１に連結されたコンプレッサ１２３を備えている。コンプレッサ１２３は、エンジン１に吸入される空気（吸気）を加圧し、過給を行う。吸気通路２には、コンプレッサ１２３をバイパスするバイパス通路１６が接続されており、バイパス通路１６には、バイパス通路１６を通過する空気の流量を調整するためのエアバイパス弁（ＡＢ弁）１７が設けられている。

排気通路１１は、排気マニホルド１０を介して各気筒６の燃焼室に接続されている。排気通路１１には、タービン１２１をバイパスするバイパス通路１４が接続されている。バイパス通路１４の下流側の接続部には、バイパス通路１１を通過する排気の流量を調整するためのウェイストゲート弁（以下「ＷＧ弁」という）１５が設けられている。ＷＧ弁１５は、ターボチャージャ１２による過給によって過給圧ＰＢが上昇し、それに伴い排圧（タービン１２１の上流側の排気圧）が所定値以上となった場合に開弁するように制御される。それにより、排圧がバイパス通路１１を介してタービン１２１の下流側に逃がされることで、過給圧が調整される。ＷＧ弁１５には、ＷＧ弁１５の開度ＷＧＡを検出する弁開度センサ２４が設けられている。

図２は、エンジン１の制御装置の構成を示す。電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという。）２０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２０には、前述した過給圧センサ２１、吸入空気流量センサ２２、吸気温度センサ２３、弁開度センサ２４の他、車両の速度を検出する車速センサ２５、ワイパーの作動状態を検出するワイパーセンサ２６などが接続されており、それらの検出信号が逐次、入力される。ＥＣＵ２０の出力側には、燃料噴射弁７、点火プラグ８、ＴＨアクチュエータ１３ａ、ＷＧ弁１５、ＡＢ弁１７などが接続されている。

図３は、本実施形態における過給圧の制御処理を示すフローチャートである。本処理は、ＥＣＵ２０において、所定時間ごとに繰り返し実行される。

本処理では、まずステップ３０１（「Ｓ３０１」と図示。以下同じ）において、吸気温度センサ２３で検出された吸気温度ＴＩが、所定の第１しきい値温度ＴＴＨＲ１以上であるか否かを判別する。この第１しきい値温度ＴＴＨＲ１は、吸気中の飽和水蒸気量が比較的大きく、多量の水分を含むような高い温度に設定されている。たとえば、第１しきい値温度ＴＴＨＲ１として、夏季の路面付近の外気温に相当する温度を設定することができる。この判別結果がＹＥＳで、吸気温度ＴＩが第１しきい値温度ＴＴＨＲ１以上である場合、ステップ３０３に進む。この判別結果がＮＯで、吸気温度ＴＩが第１しきい値温度ＴＴＨＲ１よりも低い場合、ステップ３０２に進む。

ステップ３０２では、吸気温度ＴＩが、所定の第２しきい値温度ＴＴＨＲ２以下であるか否かを判別する。この第２しきい値温度ＴＴＨＲ２は、水分の凍結が生じやすい低い温度に設定されている。たとえば、第２しきい値温度ＴＴＨＲ２として、冬季の路面付近の外気温に相当する温度を設定することができる。この判別結果がＹＥＳで、吸気温度ＴＩが第２しきい値温度ＴＴＨＲ２以下である場合、ステップ３０３に進む。この判別結果がＮＯで、吸気温度ＴＩが第２しきい値温度ＴＴＨＲ２よりも高い場合、ステップ３０７に進む。

ステップ３０３では、車速センサ２５で検出された車速ＶＰが、所定のしきい値速度ＶＴＨＲ以上であるか否かを判別する。このしきい値速度ＶＴＨＲは、車両が当該速度で走行した場合に、走行風によりインタークーラ３における吸気の冷却が促進され、凝縮水の発生が促進されるような速度に設定される。たとえば、しきい値速度ＶＰとして、高速道路における車両の走行速度に相当する速度を設定することができる。この判別結果がＹＥＳで、車速ＶＰがしきい値速度ＶＴＨＲ以上である場合、ステップ３０４に進む。この判別結果がＮＯで、車速ＶＰがしきい値速度ＶＴＨＲよりも低い場合、ステップ３０７に進む。

ステップ３０４では、ワイパーセンサ２６からワイパーが作動中であることを示す信号が入力されたか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳの場合、ステップ３０５に進み、判別結果がＮＯの場合、ステップ３０７に進む。ステップ３０５では、ワイパーセンサ２６からワイパーが連続作動中であることを示す信号が入力されたか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳの場合、ステップ３０６に進み、判別結果がＮＯの場合、ステップ３０７に進む。

ステップ３０６では、上記ステップ３０１～３０５の判別結果によって、所定の温度条件、所定の車速条件、及び所定の湿度条件が全て満たされたことにより、多量の凝縮水が発生するおそれがあると判定し、過給圧低減制御を実行する。この過給圧低減制御では、ＷＧ弁１５の開度ＷＧＡを開き側に制御することによって、過給圧ＰＢを、車両の要求に基づいて設定される目標過給圧ＰＢＣＭＤよりも低い値に低減する。

ステップ３０６に続くステップ３０８では、ステップ３０６における過給圧低減制御の実行により低下したエンジン１のトルクを補償するために、過給圧低減制御の非実行時よりもスロットル弁１３の開度が増加するようにＴＨアクチュエータ１３ａを制御することで、吸入空気量を増加させる。

一方、ステップ３０７では、所定の温度条件、所定の車速条件、及び所定の湿度条件のいずれかが満たされなかったことにより、多量の凝縮水が発生するおそれがないと判定し、過給圧低減制御は行わず、通常制御を実行する。この通常制御では、例えば、過給圧ＰＢが目標過給圧ＰＢＣＭＤになるようにフィードバック制御される。

なお、本実施形態においては、ワイパーの作動状態が降雨状況と相関性を有することから、ワイパーの作動状態をコンプレッサ１２３の上流側の吸気の湿度を表すパラメータとして用いている。すなわち、ステップ３０４及びステップ３０５においてワイパーの作動状態を確認するとともに、ワイパーが連続作動中であることをもって、コンプレッサ１２３の上流側の吸気の湿度が所定値以上であると評価している。

以上のように、本実施形態によれば、吸気温度ＴＩが、所定の高温状態を示す第１しきい値温度ＴＴＨＲ１以上であるか、又は、所定の低温状態を示す第２しきい値温度ＴＴＨＲ２以下であり、かつ、車速ＶＰがしきい値速度ＶＴＨＲ以上であり、かつ、ワイパーが連続作動中である場合に、過給圧低減制御を実行する。

したがって、所定の高温又は低温の条件で、かつ、所定の高車速条件及び所定の高湿度条件を満たす場合にのみ、過給圧ＰＢを目標過給圧ＰＢＣＭＤよりも低い値に低減し、過給による吸気流量を低減することによって、多量の凝縮水の吸い込みによる内燃機関の失火や、過度の冷却によるインタークーラの凍結を抑制することができる。また、上記所定の温度条件、車速条件、及び湿度条件のいずれかを満たさない場合には、過給圧低減制御の実行を禁止し、通常制御を実行するので、多量の凝縮水が発生しにくい条件において、過給応答性の低下を抑制することができる。

また、過給圧低減制御の実行時に、過給圧ＰＢの低減によるエンジン１のトルクの低下を補償するために、過給圧低減制御の非実行時よりもスロットル弁１３の開度を増加させ、吸入空気量を増加させるので、過給圧低減制御の実行による過給圧ＰＢの低減によるトルクの減少分を補償することができ、ドライバビリティ及び燃費の悪化を抑制することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、吸気温度センサによってコンプレッサの上流側の吸気温度を取得したが、外気温センサによって車両の外部の気温を取得し、これを吸気温度として用いてもよい。

また、実施形態では、コンプレッサの上流側の吸気の湿度を表すパラメータとして、ワイパーセンサによるワイパーの作動状態を表す信号を用いたが、これに代えて、又はこれに加えて、雨滴を検出するレインセンサからの信号や、フォグランプの作動を示す信号を用いてもよい。もちろん、吸気の湿度を湿度センサ等で検出し、その信号を用いることも可能である。

また、実施形態では、過給圧低減制御中のトルク補償のために、スロットル弁の開度を増加させるように構成したが、これに代えて、又はこれに加えて、燃料噴射弁による燃料噴射量を増加させるようにしてもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

１ エンジン（内燃機関）
３ インタークーラ
１２ ターボチャージャ（過給機）
１３ スロットル弁
２０ ＥＣＵ（過給圧制御手段、トルク補償手段）
２３ 吸気温度センサ（吸気温度取得手段）
２５ 車速センサ（車速取得手段）
２６ ワイパーセンサ（吸気湿度パラメータ取得手段）
１２３ コンプレッサ
ＰＢ 過給圧
ＰＢＣＭＤ 目標過給圧
ＴＩ 吸気温度
ＴＴＨＲ１ 第１しきい値温度
ＴＴＨＲ２ 第２しきい値温度
ＶＰ 車速
ＶＴＨＲ しきい値速度

Claims (4)

1. 車両に搭載された内燃機関の吸気をコンプレッサによって圧縮し、過給する過給機と、
   前記コンプレッサによって圧縮された吸気を冷却するインタークーラと、
   前記車両の要求に基づいて設定される目標過給圧に基づき、前記過給機による過給圧を制御する過給圧制御手段と、
   前記コンプレッサの上流側の吸気の温度を吸気温度として取得する吸気温度取得手段と、
   前記車両の速度である車速を取得する車速取得手段と、を備え、
   前記過給圧制御手段は、
   前記取得された吸気温度が、所定の第１しきい値温度以上、又は前記第１しきい値温度よりも低い所定の第２しきい値温度以下であり、かつ、前記取得された車速が所定値以上である場合に、前記過給圧を前記目標過給圧よりも低い値に低減する過給圧低減制御を実行するとともに、
   前記吸気温度が、前記第１しきい値温度未満で、かつ前記第２しきい値温度より高い場合、又は前記車速が前記所定値未満である場合に、前記過給圧低減制御の実行を禁止することを特徴とする、内燃機関の過給圧制御装置。
2. 前記コンプレッサの上流側の吸気の湿度を表す吸気湿度パラメータを取得する吸気湿度パラメータ取得手段をさらに備え、
   前記過給圧制御手段は、
   前記吸気温度が、前記第１しきい値温度以上又は前記第２しきい値温度以下であり、前記取得された車速が所定値以上であり、かつ、前記取得された吸気湿度パラメータによって表される湿度が所定値以上である場合に、前記過給圧低減制御を実行するとともに、
   前記吸気温度が、前記第１しきい値温度未満、かつ前記第２しきい値温度より高いか、前記車速が前記所定値未満であるか、又は前記吸気湿度パラメータによって表される湿度が前記所定値未満である場合に、前記過給圧低減制御の実行を禁止することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の過給圧制御装置。
3. 前記吸気湿度パラメータは、ワイパーの作動信号であり、
   前記過給圧制御手段は、
   前記吸気温度が、前記第１しきい値温度以上又は前記第２しきい値温度以下であり、前記取得された車速が所定値以上であり、かつ、取得されたワイパーの作動信号が、前記ワイパーの連続作動を表す場合に、前記過給圧低減制御を実行するとともに、
   前記吸気温度が、前記第１しきい値温度未満、かつ前記第２しきい値温度より高いか、前記車速が前記所定値未満であるか、又は前記取得されたワイパーの作動信号が、前記ワイパーの連続作動を表さない場合に、前記過給圧低減制御の実行を禁止することを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関の過給圧制御装置。
4. 前記過給圧低減制御の実行時、前記過給圧の低減による前記内燃機関のトルクの低下を補償するために、前記過給圧低減制御の非実行時よりも、スロットル弁の開度の増加によって吸入空気量を増加させるトルク補償手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の過給圧制御装置。

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