JP2021143624A

JP2021143624A - 内燃機関の過給圧制御装置

Info

Publication number: JP2021143624A
Application number: JP2020042650A
Authority: JP
Inventors: 丈石政; Jo Ishimasa; 将樹上野; Masaki Ueno
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2020-03-12
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2021-09-24
Also published as: US20210285366A1; CN113389636A

Abstract

【課題】可変ノズルの固着が生じた場合の内燃機関や過給機などの装置の故障を効果的に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。【解決手段】本発明に係る内燃機関の過給圧制御装置は、内燃機関（エンジン）１に設けられ、可変ノズル１２４の開度ＡＶＧを変更することによって過給圧ＰＢを制御する過給機（ターボチャージャ）１２と、内燃機関の回転数（エンジン回転数ＮＥ）を取得する回転数取得手段（回転数センサ９）と、取得された回転数が所定値ＮＥＴＨを超えた場合に、回転数に基づいて可変ノズルの開度を制限する開度制限手段（ＥＣＵ２０）と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の過給圧制御装置に関し、特に過給圧を変更するための可変ノズルを有する過給機を用いる過給圧制御装置に関する。

従来、内燃機関の吸気の過給圧を運転状態に応じた適正な値に制御するために、種々の方策が提案されている。たとえば特許文献１に記載された可変容量型の過給機の制御方法では、機関回転数とスロットル開度に応じた基本過給圧制御量をあらかじめ設定した上で、機関回転数と過給圧によって定まる領域のうち、基本過給圧制御量を減少させる領域を定めている。それにより、急発進時に過負荷が発生した際に過給圧を減少させる制御を行い、自動変速機への過負荷を防止したり、オーバーシュートやハンチングの発生を防止するようにしている。

特開平０１−２８５６２２号公報

可変ノズルによって排気流路面積を変化させることでタービンホイールに向かう排ガスの流速を変化させ、過給圧を制御する可変容量型の過給機においては、過給機の作動時に生じ得る可変ノズル（ノズルベーン）の固着が一つの課題となる。すなわち、可変容量型の過給機においては、可変ノズルの開度を閉じ側に制御し、開口面積を小さくすることで排ガスの流速を上昇させ、それにより大きな過給圧を得るが、可変ノズルが閉じ側に制御された状態で固着が生じた場合、過給圧や排圧（タービンホイールの上流側の排気圧）が過度に上昇することで、内燃機関や過給機などの装置の故障が発生する可能性が高くなる。

特許文献１の技術では、機関回転数が低い領域において、過給圧が高い場合には過給圧を減少させる制御が行われる一方で、機関回転数が高い領域において、過給圧が低い場合には過給圧を減少させる制御は行われない。しかしながら、実際の運転条件においては、機関回転数が低い領域では、たとえ過給圧が上昇し続けたとしても、排圧の上昇は比較的緩やかであるため、可変ノズルの固着が生じた場合でも、排圧の上昇による装置の故障が生じる可能性は高くない。一方、機関回転数が高い領域では、過給圧の上昇速度よりも排圧の上昇速度の方が高くなる場合があるため、排圧の上昇による装置の故障が生じる可能性がある。そのため、特許文献１の技術では、こうした問題に適切に対処することが困難である。

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、可変ノズルの固着が生じた場合の装置の故障を効果的に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、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）に設けられ、可変ノズル１２４の開度ＡＶＧを変更することによって過給圧ＰＢを制御する過給機（ターボチャージャ１２）と、内燃機関の回転数（エンジン回転数ＮＥ）を取得する回転数取得手段（回転数センサ９）と、取得された回転数が所定値ＮＥＴＨを超えた場合に、回転数に基づいて可変ノズルの開度を制限する開度制限手段（ＥＣＵ２０）と、を備えることを特徴とする。

上述のとおり、内燃機関の回転数が低いときには、たとえノズル開度を全閉に近づけて流速を上昇させ、過給圧を高めたとしても、排圧が過度に大きくなることはない。そのため、仮に可変ノズルが全閉に近い開度で固着した場合であっても、排圧上昇による内燃機関又は過給機の故障が生じる可能性は低い。一方、内燃機関の回転数が高いときには、可変ノズルの開度を閉じ側に制御した場合の過給効率が悪化することにより、過給圧の上昇速度よりも排圧の上昇速度の方が高くなる場合があり、可変ノズルの固着が生じた場合に排圧上昇により内燃機関又は過給機の故障が生じる可能性が高くなる。そこで、本発明に係る内燃機関の過給圧制御装置によれば、過給圧にかかわらず、内燃機関の回転数が所定値を超えた場合に可変ノズルの開度制限を行うことで、可変ノズルの固着が生じた場合であっても、排圧上昇による内燃機関又は過給機の故障を効果的に抑制することができる。また、内燃機関の回転数に応じて可変ノズルの開度制限を実行するので、排圧上昇による内燃機関又は過給機の故障をより効果的に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、開度制限手段は、回転数が高いほど、可変ノズルの開度をより大きく制限することを特徴とする。

この構成によれば、内燃機関の回転数が高いほど、可変ノズルの開度をより大きく制限するので、排圧の上昇速度がより高くなる領域においてノズル開度をより大きく制限することができ、排圧上昇による内燃機関又は過給機の故障をより効果的に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。可変容量型の過給機の可変ノズルの概略断面図である。内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。開度制限手段による開度制限の制御処理を示すフローチャートである。内燃機関の回転数に応じて可変ノズルの開度の制限値を設定するためのマップである。

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に示す通り、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、燃焼室におけるピストンの往復運動を回転運動に変換するクランクシャフト（いずれも図示せず）には、エンジン１の回転数（エンジン回転数ＮＥ）を検出する回転数センサ９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。

ターボチャージャ１２は、排気通路１１に設けられ、排気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は、タービン１２１に設けられた可変ノズル１２４に接続しており、可変ノズル１２４は、後述するように、流路面積を変更することによって可変ノズル１２４を通過する空気（排ガス）の流速を調整し、それにより過給効率を変更する。

図２は、可変ノズル１２４の概略を示す断面図である。可変ノズル１２４は、タービン１２１のハウジング内に設けられ、角度を変更することが可能な複数のノズルベーン１２４ａを備える。各ノズルベーン１２４ａは、ロッド１２４ｂを介してベーンアクチュエータ１２４ｃと接続しており、ベーンアクチュエータ１２４ｃによってロッドが駆動されると、それに連動して各ノズルベーン１２４ａの角度が変更される。また、ロッド１２４ｂには、ノズルベーン１２４ａの角度を可変ノズルの開度（可変ノズル開度ＡＶＧ）として検出する可変ノズル開度センサ１２４ｄが設けられている。

本明細書において、可変ノズル開度ＡＶＧとは、ノズルベーン１２４ａの角度を意味し、可変ノズル開度ＡＶＧを小さくする、又は閉じ側に制御すると言うときは、全てのノズルベーン１２４ａを、隣接する２つのものの間の間隔が狭くなる方向に駆動することを意味する。また、可変ノズル開度ＡＶＧを大きくする、又は開き側に制御すると言うときは、全てのノズルベーン１２４ａを、隣接する２つのものの間の間隔が拡がる方向に駆動することを意味する。また、例えば、ＡＶＧ＝０％は、エンジン１の運転中に制御され得る最小の開度を意味し、ＡＶＧ＝１００％は、エンジン１の運転中に制御され得る最大の開度を意味する。

以上の定義から、可変ノズル開度ＡＶＧを小さくすると、ノズルベーン１２４ａ間の間隔が狭まることで、タービンホイール１２１ａに向かう排ガスの流路面積が小さくなる。これにより、可変ノズル１２４を通過する排ガスの流速が上昇し、タービンホイール１２１ａの回転数が上昇することで、タービン１２１と一体に連結されたコンプレッサ１２３の回転数が上昇し、過給圧ＰＢが上昇する。逆に、可変ノズル開度ＡＶＧを大きくすると、ノズルベーン１２４ａ間の間隔が拡がることで流路面積が拡大し、通過する排ガスの流速が低下することで、タービンホイール１２１ａ及びコンプレッサ１２３の回転数が低下し、過給圧ＰＢが低下する。

図３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、上述した過給圧センサ２１、吸入空気流量センサ２２、可変ノズル開度センサ１２４ｄ、回転数センサ９の他、車両のアクセルペダルの操作量（アクセル開度ＡＰ）を検出するアクセル開度センサ２３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、ベーンアクチュエータ１２４ｃ、ＡＢ弁１７などが接続されている。

ＥＣＵ２０は、上述の各種センサの検出信号などに応じて、エンジン１を制御する。特に、本実施形態において、ＥＣＵ２０は、エンジン１の運転状態（主としてエンジン回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＰ）に応じて、可変ノズル１２４の開度ＡＶＧを変化させることで過給圧ＰＢの制御を行う。

以下では、図４及び図５を参照しながら、本実施形態における過給圧制御について説明する。図４は、可変ノズル１２４の開度制限の制御処理の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４０１（「Ｓ４０１」と図示。以下同じ）において、エンジン回転数ＮＥ、吸入空気流量ＧＡＩＲ、及びアクセル開度ＡＰ等に基づき、目標過給圧ＰＢＣＭＤを設定する。次いで、ステップ４０２において、過給圧ＰＢ及び目標過給圧ＰＢＣＭＤに基づき、可変ノズル１２４の目標開度ＡＣＭＤを設定する。目標開度ＡＣＭＤは、過給圧ＰＢを目標過給圧ＰＢＣＭＤまで速やかに上昇させるための可変ノズル開度である。

次に、ステップ４０３において、エンジン回転数ＮＥに応じ、図５に示すマップを検索することによって、制限開度ＡＬＭＴを設定する。後述するように、制限開度ＡＬＭＴは可変ノズル開度ＡＶＧの下限値として用いられるものである。このマップでは、エンジン回転数ＮＥが所定値ＮＥＴＨ以下である場合には、制限開度ＡＬＭＴは０に設定されており、すなわち可変ノズル開度ＡＶＧは制限されない。また、エンジン回転数ＮＥが所定値ＮＥＴＨを超える場合には、制限開度ＡＬＭＴは、エンジン回転数ＮＥが高くなるほど、より大きな値に、すなわち、可変ノズル１２４の閉じ側の開度をより大きく制限するように設定されている。

次に、ステップ４０４において、目標開度ＡＣＭＤが制限開度ＡＬＭＴよりも小さいか否かを判別する。判別の結果がＹＥＳである場合、すなわち目標開度ＡＣＭＤが制限開度ＡＬＭＴよりも小さい場合、ステップ４０５において、目標開度ＡＣＭＤを制限開度ＡＬＭＴに設定することによって制限し、本処理を終了する。ステップ４０４の判別の結果がＮＯで、目標開度ＡＣＭＤが制限開度ＡＬＭＴ以上である場合は、目標開度ＡＣＭＤを変更することなく本処理を終了する。

以上のように、本実施形態によれば、過給圧にかかわらず、エンジン回転数ＮＥが所定値ＮＥＴＨを超えた場合に、目標開度ＡＣＭＤに制限開度ＡＬＭＴを設定することによって、可変ノズル開度ＡＶＧが制限開度ＡＬＭＴよりも閉じ側にならないように制御する。これにより、可変ノズル１２４の固着が生じた場合であっても、排圧が過度に上昇してエンジン１又はターボチャージャ１２の故障が発生することを効果的に抑制することができる。

また、エンジン回転数ＮＥが高いほど、制限開度ＡＬＭＴをより大きな値に設定するので、排圧の上昇速度がより高くなる領域において可変ノズル開度ＡＶＧをより大きく制限することができ、排圧の過度な上昇によるエンジン１又はターボチャージャ１２の故障の発生をより効果的に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。たとえば、実施形態においては、内燃機関の回転数に応じて可変ノズルの制限開度を設定するために図５のマップを用いたが、当該マップは例示に過ぎず、適宜変更することが可能である。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）
９回転数センサ（回転数取得手段）
１２ターボチャージャ（過給機）
２０ＥＣＵ（過給圧制御装置，開度制限手段）
１２４可変ノズル
ＡＶＧ可変ノズル開度

Claims

内燃機関に設けられ、可変ノズルの開度を変更することによって過給圧を制御する過給機と、
前記内燃機関の回転数を取得する回転数取得手段と、
前記取得された回転数が所定値を超えた場合に、前記回転数に基づいて前記可変ノズルの開度を制限する開度制限手段と、
を備えることを特徴とする、内燃機関の過給圧制御装置。
前記開度制限手段は、前記回転数が高いほど、前記可変ノズルの開度をより大きく制限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。