JP6217232B2 - 過給機付き内燃エンジンの過給圧制御装置及び過給圧制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、過給機付き内燃エンジンの過給圧を制御する装置及び方法に関する。

排気の一部を、排気タービンを迂回するバイパス通路に流して過給圧を調整する過給機付き内燃エンジンが知られている。このような内燃エンジンでは、ウェイストゲートバルブによって、バイパス通路を流れるガスの流量を調整する。過給圧を上げるには、ウェイストゲートバルブの開度を小さくすることで、バイパス通路を流れるガスの流量を減らす。

ウェイストゲートバルブの開度が不正確であると、精緻に過給圧を制御することができない。

そこで、特許文献１では、ウェイストゲートバルブの温度による誤差を考慮して、内燃エンジンの暖機が完了した後に、ウェイストゲートバルブの全閉位置学習を行っている。

特開２００６−２７４８３４号公報

しかしながら、内燃エンジンの暖機が完了した後であっても、エンジン負荷等に応じて排気温度は大きく変化する。この影響で、タービンハウジングの温度も大きく変化する。タービンハウジングの温度が変化すれば、タービンハウジングの熱膨張の影響でウェイストゲートバルブの全閉位置が変化する。したがって、暖機完了後に全閉位置学習を行うだけでは、ウェイストゲートバルブの開度制御に誤差が生じ過給圧制御に影響するという問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた。本発明の目的は、ウェイストゲートバルブの開度制御の誤差を防止することができる過給機付き内燃エンジンの過給圧制御装置及び過給圧制御方法を提供することである。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。

本発明による過給機付き内燃エンジンの過給圧制御装置のひとつの実施形態は、排気タービンを迂回するバイパス通路を流れるガスの流量を調整するウェイストゲートバルブと、タービンハウジングに取り付けられ、リンク機構を介して前記ウェイストゲートバルブに連結されて前記ウェイストゲートバルブの開度を調整するアクチュエーターと、を含む過給機付き内燃エンジンの過給圧を制御する。そして、前記ウェイストゲートバルブの開度基本値を求める基本値算出部と、前記タービンハウジングの温度を検出するハウジング温度検出部と、前記ハウジング温度検出部で検出された温度に基づいて前記ウェイストゲートバルブの開度補正値を求める補正値算出部と、前記タービンハウジングの温度が上昇するほど開き側にずれる前記開度基本値を前記開度補正値に基づいて補正することにより、前記ウェイストゲートバルブの実開度を求める実開度算出部と、を含む。

この態様によれば、タービンハウジング温度に応じて補正することで、ウェイストゲートバルブの開度（位置）を正確に制御できる。

図１は、本発明による過給圧制御装置を適用する過給機付き内燃エンジンの過給機付近を拡大して例示する図である。 図２は、過給機付き内燃エンジンの過給圧制御装置を説明するフローチャートである。 図３は、第１実施形態のサブルーチンを説明するフローチャートである。 図４は、全閉位置補正テーブルの一例を示す図である。 図５は、第２実施形態を説明するフローチャートである。 図６は、タービン熱伝達遅れマップの一例を示す図である。 図７は、第３実施形態を説明するフローチャートである。 図８は、基準タービンハウジング温度マップの一例を示す図である。 図９は、吸気温補正テーブルの一例を示す図である。 図１０は、水温補正テーブルの一例を示す図である。 図１１は、タービン温度遅れマップの一例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明による過給圧制御装置を適用する過給機付き内燃エンジンの過給機付近を拡大して例示する図である。

内燃エンジンの過給機１０のハウジング１００には、排気通路１０１と、バイパス通路１０２と、が形成される。内燃エンジンの過給機１０は、排気タービン１１１と、吸気コンプレッサー（不図示）と、ウェイストゲートバルブ１１２と、を含む。

バイパス通路１０２は、排気タービン１１１を迂回するガス通路である。バイパス通路１０２は、排気タービン１１１の上流の排気通路１０１から分岐して、排気タービン１１１の下流の排気通路１０１に合流する。

排気タービン１１１は、排気通路１０１に設けられる。排気タービン１１１は、不図示の吸気コンプレッサーと同軸に設けられる。排気タービン１１１は、排気通路１０１を流れる排気によって回転駆動される。

ウェイストゲートバルブ１１２は、バイパス通路１０２のゲート（出口）１２ａに設けられる。ウェイストゲートバルブ１１２は、アクチュエーター１５によって開度が調整されて、バイパス通路１０２を流れるガスの流量をコントロールする。

アクチュエーター１５は、タービンハウジング１００に取り付けられる。アクチュエーター１５は、リンク機構１６を介してウェイストゲートバルブ１１２に連結される。アクチュエーター１５は、たとえばＤＣモーターである。

リンク機構１６は、ストロークロッド１６１と、回動ロッド１６２と、ジョイント１６３と、ピボット１６４とを含む。ストロークロッド１６１は、一端（図１では下端）にラックギヤ（不図示）が形成される。このラックギヤは、アクチュエーター１５のピニオンギヤ（不図示）と噛合する。アクチュエーター１５のピニオンギヤが回転すると、ストロークロッド１６１が、図１の矢印Ａ１のように、上下にストロークする。回動ロッド１６２は、ウェイストゲートバルブ１１２に固設される。回動ロッド１６２は、ピボット１６４を中心として、図１の矢印Ａ２のように回動する。ストロークロッド１６１及び回動ロッド１６２は、ジョイント１６３を介して連接される。ストロークロッド１６１は上下にストロークし、回動ロッド１６２はピボット１６４を中心として回動するので、両者の端部の位置に誤差が生じる。そこで、ジョイント１６３には誤差吸収機構が内蔵されている。たとえば、ダブルジョイントによって誤差を吸収したり、長孔とその長孔に挿入されるロッドによって誤差を吸収すればよい。

このような構成になっているので、アクチュエーター１５が作動してストロークロッド１６１がストロークすると、回動ロッド１６２が回動し、ウェイストゲートバルブ１１２の開度が調整される。なおウェイストゲートバルブ１１２の開度（ストロークロッド１６１のストローク量）は、アクチュエーター１５に内蔵された開度センサー１５ａで検出される。

ここで、実施形態の理解を容易にするために、実施形態の要旨について説明する。

排気通路１０１を流れる排気の温度は、エンジン負荷等に応じて、たとえば、アイドル運転では低く、高速運転では高くなり、非常に大きく変化する。排気温度が高くなるにつれて、ハウジング温度も上昇して熱膨張する。すると、アクチュエーター１５の位置が変化する。これに対して、リンク機構１６は、排気の熱の影響を受けにくい。そのため、排気温度が高くなると、ジョイント１６３が下方に移動して、全閉位置に制御したウェイストゲートバルブ１１２が開き気味になるということを、発明者らが知見した。

発明者らは、このような知見に鑑み、ウェイストゲートバルブ１１２の開度をハウジング温度に応じて補正することで、ウェイストゲートバルブ１１２の開度制御の誤差を防止するようにしたのである。以下では、コントローラーの動作を中心として、過給機付き内燃エンジンの過給圧制御装置の具体的な動作を説明する。

図２は、過給機付き内燃エンジンの過給圧制御装置を説明するフローチャートである。

ステップＳ１においてコントローラーは、ウェイストゲートバルブ１１２の全閉位置のセンサー電圧値WGFULLCLOSE[V]を読み込む。このセンサー電圧値WGFULLCLOSEは、内燃エンジンの組立時にウェイストゲートバルブ１１２が全閉位置にセットされた状態で検出された電圧値であり、コントローラーに記憶されている。

ステップＳ２においてコントローラーは、現在検出される電圧値vWGPOS[V] に基づいて、ウェイストゲートバルブ１１２の基準位置WGPOSTD[m]を算出する。

ステップＳ３においてコントローラーは、タービンハウジングの温度TCTEMP[℃]を検出する。この第１実施形態では、図３のステップＳ３１１に示されるように、温度センサー（タービンハウジング１００に取り付けられている）で、タービンハウジングの温度TCTEMP[℃]が直接検出される。

ステップＳ４においてコントローラーは、図４に例示される全閉位置補正テーブルをハウジング温度TCTEMP[℃]で検索して、全閉位置補正量WGHOS[m]を求める。全閉位置補正テーブルは、排気温度とタービンハウジング熱膨張との関係が適合によって予め調べられている。

ステップＳ５においてコントローラーは、次式によってウェイストゲートバルブ１１２の現在の位置WGPOS[m]を算出する。

ウェイストゲートバルブ１１２の全閉位置は、タービンハウジング１００の熱膨張によって変化する。これを考慮することなく、コントローラーの全閉位置認識値がずれている場合には、過給圧のハンチング、オーバーシュート、アンダーシュートの原因となる。

これに対して、本実施形態では、温度センサーを用いてタービンハウジング１００の温度を直接検出し、そのタービンハウジング温度に応じてウェイストゲートバルブ１１２の全閉位置を補正するので、ウェイストゲートバルブ１１２の開度（位置）を正確に制御できるのである。これによって過給圧を精緻に制御できる。

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態を説明するフローチャートである。

この第２実施形態は、メインフローチャートは、第１実施形態と同じであって、ステップＳ３の具体的な制御内容が相違するのみであるので、この相違点を説明する。

第１実施形態では、タービンハウジング１００に取り付けられた温度センサーで、タービンハウジング１００の温度TCTEMP[℃]を直接検出した。しかしながら、温度センサーを用いては、コストがかかる。ところで内燃エンジンには、排気温度センサーが用いられることが多い。そこで、この第２実施形態では、既存の排気温度センサーの検出信号を利用することで、タービンハウジング１００の温度を直接検出することなく、タービンハウジング１００の温度TCTEMP[℃]を推定（間接的に検出）する。

ステップＳ３２１においてコントローラーは、排気温度センサーで排気温度EXTENP[℃]を検出する。

ステップＳ３２２においてコントローラーは、図６に例示されるタービン熱伝達遅れマップを、エンジン回転速度及び目標充填効率で検索して、タービン熱伝達遅れ係数TCK[-]を求める。タービン熱伝達遅れマップは、適合によって予め調べられている。

ステップＳ３２３においてコントローラーは、次式によってタービンハウジング１００の温度TCTEMP[℃]を算出する。

本実施形態では、第１実施形態で用いるタービンハウジング温度センサーが不要であるので、安価である。

タービンハウジン温度TCTEMPは、排気温度EXTENPと相関があるが、排気の熱がタービンハウジング１００に伝達するまでには遅れが生じる。この第２実施形態では、この熱伝達遅れを考慮して補正することで、タービンハウジン温度TCTEMPを精度よくを推定（間接的に検出）することができ、ひいては、ウェイストゲートバルブ１１２の開度（位置）を正確に制御できるのである。

（第３実施形態）
図７は、第３実施形態を説明するフローチャートである。

この第３実施形態は、メインフローチャートは、第１実施形態と同じであって、ステップＳ３の具体的な制御内容が相違するのみであるので、この相違点を説明する。

内燃エンジンによっては、排気温度センサーが用いられないこともある。そこで、この第３実施形態では、内燃エンジンの運転状態を示すパラメーターに基づいてタービンハウジング１００の温度TCTEMP[℃]を推定（間接的に検出）する。

ステップＳ３３１においてコントローラーは、図８に例示される基準タービンハウジング温度マップを、エンジン回転速度及び目標充填効率で検索して、基準タービンハウジング温度TCTEMPSTD[℃]を求める。基準タービンハウジング温度マップは、適合によって予め調べられている。

ステップＳ３３２においてコントローラーは、図９に例示される吸気温補正テーブルを、吸気温センサーで検出した吸気温で検索して、吸気温補正係数ATMK[-]を求める。吸気温補正テーブルは、適合によって予め調べられている。

ステップＳ３３３においてコントローラーは、図１０に例示される水温補正テーブルを、水温センサーで測定したエンジン水温で検索して、水温補正係数TWNK[-]を求める。水温補正テーブルは、適合によって予め調べられている。

ステップＳ３３４においてコントローラーは、図１１に例示されるタービン温度遅れマップを、エンジン回転速度及び目標充填効率で検索して、タービン温度遅れ係数TCKN[-]を求める。タービン温度遅れマップは、適合によって予め調べられている。

ステップＳ３３５においてコントローラーは、次式によってタービンハウジング１００の温度TCTEMP[℃]を算出する。

本実施形態は、排気温度センサーを用いない内燃エンジンに好適である。タービンハウジン温度TCTEMPは、内燃エンジンの運転状態を示すパラメーター（吸気量、燃料噴射量、エンジン回転速度、吸気温、水温）と相関があるので、運転状態からタービンハウジン温度TCTEMPを精度よくを推定（間接的に検出）することができ、ひいては、ウェイストゲートバルブ１１２の開度（位置）を正確に制御できるのである。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

たとえば、「検出」には、直接検出するのみならず、間接的に検出すなわち他から推定をも含む。

また上述のマップやテーブルは、一例に過ぎない。内燃エンジンの仕様によって適宜設定される。

上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。

１０ 過給機
１００ ハウジング
１０１ 排気通路
１０２ バイパス通路
１１１ 排気タービン
１１２ ウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）
１５ アクチュエーター
１６ リンク機構
１６１ ストロークロッド
１６２ 回動ロッド
１６３ ジョイント
１６４ ピボット
ステップＳ２ 基本値算出部
ステップＳ３ ハウジング温度検出部
ステップＳ４ 補正値算出部
ステップＳ５ 実開度算出部

Claims (6)

1. 排気タービンを迂回するバイパス通路を流れるガスの流量を調整するウェイストゲートバルブと、
   タービンハウジングに取り付けられ、リンク機構を介して前記ウェイストゲートバルブに連結されて前記ウェイストゲートバルブの開度を調整するアクチュエーターと、
   を含む過給機付き内燃エンジンの過給圧を制御する過給機付き内燃エンジンの過給圧制御装置であって、
   前記ウェイストゲートバルブの開度基本値を求める基本値算出部と、
   前記タービンハウジングの温度を検出するハウジング温度検出部と、
   前記ハウジング温度検出部で検出された温度に基づいて前記ウェイストゲートバルブの開度補正値を求める補正値算出部と、
   前記タービンハウジングの温度が上昇するほど開き側にずれる前記開度基本値を前記開度補正値に基づいて補正することにより、前記ウェイストゲートバルブの実開度を求める実開度算出部と、
   を含む過給機付き内燃エンジンの過給圧制御装置。
2. 請求項１に記載の過給機付き内燃エンジンの過給圧制御装置において、
   前記ハウジング温度検出部は、前記タービンハウジングに取り付けられた温度センサーで前記タービンハウジングの温度を直接検出する、
   過給機付き内燃エンジンの過給圧制御装置。
3. 請求項１に記載の過給機付き内燃エンジンの過給圧制御装置において、
   排気温度を検出する排気温度センサーを含み、
   前記ハウジング温度検出部は、排気の熱が前記タービンハウジングに伝達するまでの遅れを考慮して、前記排気温度に基づいて前記タービンハウジングの温度を間接的に検出する、
   過給機付き内燃エンジンの過給圧制御装置。
4. 請求項１に記載の過給機付き内燃エンジンの過給圧制御装置において、
   前記ハウジング温度検出部は、内燃エンジンの運転状態を示すパラメーターに基づいて前記タービンハウジングの温度を間接的に検出する、
   過給機付き内燃エンジンの過給圧制御装置。
5. 請求項４に記載の過給機付き内燃エンジンの過給圧制御装置において、
   前記内燃エンジンの運転状態を示すパラメーターは、少なくとも、吸気量、燃料噴射量、エンジン回転速度、吸気温及び水温のいずれかひとつである、
   過給機付き内燃エンジンの過給圧制御装置。
6. 排気タービンを迂回するバイパス通路を流れるガスの流量を調整するウェイストゲートバルブと、
   タービンハウジングに取り付けられ、リンク機構を介して前記ウェイストゲートバルブに連結されて前記ウェイストゲートバルブの開度を調整するアクチュエーターと、
   を含む過給機付き内燃エンジンの過給圧を制御する過給機付き内燃エンジンの過給圧制御方法であって、
   前記ウェイストゲートバルブの開度基本値を求める基本値算出手順と、
   前記タービンハウジングの温度を検出するハウジング温度検出手順と、
   前記ハウジング温度検出手順で検出された温度に基づいて前記ウェイストゲートバルブの開度補正値を求める補正値算出手順と、
   前記タービンハウジングの温度が上昇するほど開き側にずれる前記開度基本値を前記開度補正値に基づいて補正することにより、前記ウェイストゲートバルブの実開度を求める実開度算出手順と、
   を含む過給機付き内燃エンジンの過給圧制御方法。

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