特開 2022-147423 制御装置および車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022147423

(43)【公開日】2022-10-06

(54)【発明の名称】制御装置および車両

(51)【国際特許分類】

   F02D 23/02 20060101AFI20220929BHJP

   F02D 23/00 20060101ALI20220929BHJP

   F02M 26/10 20160101ALI20220929BHJP

   F02M 26/05 20160101ALI20220929BHJP

   F02D 21/08 20060101ALI20220929BHJP

【ＦＩ】

F02D23/02 N

F02D23/00 J

F02M26/10 311

F02M26/05

F02D21/08 311B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021048658

(22)【出願日】2021-03-23

(71)【出願人】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】及川 貴大

【テーマコード（参考）】

3G062

3G092

【Ｆターム（参考）】

3G062AA01

3G062AA05

3G092AA17

3G092AA18

3G092DB03

3G092DB04

3G092FA01

3G092HB01Z

3G092HD07Z

(57)【要約】

【課題】ＥＧＲガスの過還流を防止することが可能な制御装置および車両を提供する。
【解決手段】制御装置は、開度指示値に基づいて開度が変更する可変ベーンを有する可変容量型ターボチャージャと、内燃機関の排気の一部を内燃機関の吸気に還流する通路を開閉するＥＧＲバルブを有するＥＧＲ装置と、を備える内燃機関システムの制御装置であって、内燃機関の気筒内に噴射される燃料噴射量に基づいて、内燃機関が過渡領域であるか否かを判定する判定部と、開度指示値を補正する補正部と、判定部により内燃機関が過渡領域であると判定され、かつ、可変ベーンが閉じる方向に動作する場合、補正部が前記開度指示値を補正する制御を実行する制御部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

開度指示値に基づいて開度が変更される可変ベーンを有する可変容量型ターボチャージャと、
内燃機関の排気の一部を前記内燃機関の吸気に還流する通路を開閉するＥＧＲバルブを有するＥＧＲ装置と、
を備える内燃機関システムの制御装置であって、
前記内燃機関の気筒内に噴射される燃料噴射量に基づいて、前記内燃機関が過渡領域であるか否かを判定する判定部と、
前記開度指示値を補正する補正部と、
前記判定部により前記内燃機関が過渡領域であると判定され、かつ、前記可変ベーンが閉じる方向に動作する場合、前記補正部が前記開度指示値を補正する制御を実行する制御部と、
を備える、
制御装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記ＥＧＲバルブが開き状態である場合、前記補正部が前記開度指示値を補正する制御を実行する、
請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記補正部は、前記燃料噴射量および前記ＥＧＲバルブの開度に対する係数に基づいて、前記開度指示値を補正する、
請求項２に記載の制御装置。

【請求項4】

前記係数は、前記ＥＧＲバルブの開度に応じて重み付される、
請求項３に記載の制御装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一項に記載の制御装置を備えた車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、制御装置および車両に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関の排気通路を流れる排気の一部を内燃機関の吸気に還流することで、燃焼温度を下げ、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）の生成を制御する排気再循環（Exhaust Gas Recirculation, 以下「ＥＧＲ」という）装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。以下、吸気中に還流する排気を「ＥＧＲガス」という場合がある。

【0003】

また、例えば、車両用の内燃機関において、タービン入口に可変ベーンを有し、可変ベーンの開度を小さくすることで、タービン入口での排気速度を上げ、タービン回転数を増し、コンプレッサ吐出圧（ブースト圧）を高めて吸気量を増大することが可能な可変容量型ターボチャージャが知られている（例えば、特許文献２を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平４－０４７１５６号公報

【特許文献2】特開平５－２７２３４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、可変ベーンが閉じるほど、ブースト圧以上にタービン入口の圧力（排圧）が増加するため、ＥＧＲガスの流量が急激に増加して、過還流になる。過還流になると、スモークや、失火が発生するおそれがある。そのため、ブースト圧を所定値以下に抑えた場合、出力不足が発生するという問題がある。

【0006】

本開示の目的は、ＥＧＲガスの過還流を防止することが可能な制御装置および車両を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するため、本開示における制御装置は、
開度指示値に基づいて開度が変更される可変ベーンを有する可変容量型ターボチャージャと、
内燃機関の排気の一部を前記内燃機関の吸気に還流する通路を開閉するＥＧＲバルブを有するＥＧＲ装置と、
を備える内燃機関システムの制御装置であって、
前記内燃機関の気筒内に噴射される燃料噴射量に基づいて、前記内燃機関が過渡領域であるか否かを判定する判定部と、
前記開度指示値を補正する補正部と、
前記判定部により前記内燃機関が過渡領域であると判定され、かつ、前記可変ベーンが閉じる方向に動作する場合、前記補正部が前記開度指示値を補正する制御を実行する制御部と、
を備える。

【0008】

本開示における車両は、
上記の制御装置を備える。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、ＥＧＲガスの過還流を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本開示の実施の形態に係る内燃機関システムを模式的に示す図である。

【図2】図２は、補正部の機能ブロック図である。

【図3】図３は、制御部による処理の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本開示の実施の形態に係る内燃機関システム１００を模式的に示す図である。内燃機関１は、車両（不図示）に走行用動力源として搭載される。例えば、内燃機関１は、図１に示すように、４つの気筒２（シリンダ）が一例に並べられた直列４気筒のディーゼルエンジンとして構成され、気筒２内に噴射された燃料を圧縮行程で拡散燃焼させる。気筒２は、シリンダブロック３に形成されている。気筒２の上部はシリンダヘッド（不図示）により塞がれている。

【0012】

図１に示すように、各気筒２には、吸気通路１０および排気通路２０のそれぞれが接続されている。吸気通路１０は、吸気マニホールド１１および複数の吸気ポート１２を有している。吸気ポート１２は、１つの気筒２に対して所定個（図１では２つ）ずつ配置されている。

【0013】

吸気通路１０には、エアクリーナ１５およびインタークーラ１６のそれぞれが配置されている。

【0014】

エアクリーナ１５は、外部から取り込まれる空気をフィルタで濾過することで、空気中の塵埃を除去する。

【0015】

インタークーラ１６は、電動ターボチャージャ３０（過給機）で圧縮された吸気を冷却することで、吸気密度を高める。電動ターボチャージャ３０は、本開示の「可変容量型ターボチャージャ」に対応する。

【0016】

図１に示すように、排気通路２０は、排気マニホールド２１および排気ポート２２を有している。排気ポート２２は１つの気筒２に対して所定個（図１では１つ）配置されている。排気ポート２２のそれぞれは排気マニホールド２１に接続されている。排気マニホールド２１には、タービン３１を介して後処理装置４０が接続されている。

【0017】

後処理装置４０は、例えば、排気上流側に配置される酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst：ＤＯＣ）およびディーゼル・パティキュレート・フィルタ（Diesel Particulate Filter：ＤＰＦ）、および、排気下流側に配置される選択的還元触媒（Selective Catalytic Reduction：ＳＣＲ）で構成されている。ＤＯＣは、未燃燃料を酸化して排気温度を上昇させるとともに、排気中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化してＮＯ_２（二酸化窒素）を生成する。ＤＰＦは、排気中の粒子状物質を捕集する。ＳＣＲは、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するＮＯｘ触媒として、尿素水から排気熱により加水分解されて生成されるアンモニアを用いて排気中のＮＯｘを選択的に還元浄化する。

【0018】

排気マニホールド２１には、ＥＧＲ通路５０の一端部が接続されている。ＥＧＲ通路５０の他端部は、タンジェンシャルポート１３に接続されている。ＥＧＲ通路５０には、ＥＧＲクーラ５１およびＥＧＲバルブ５２が配置されている。ＥＧＲクーラ５１は、その内部をエンジン冷却水が通過するものであって、ＥＧＲ通路５０を通過するＥＧＲガス（排気通路２０に排出された排気の一部）をエンジン冷却水と熱交換することにより冷却する装置である。ＥＧＲバルブ５２は、運転条件（例えば、冷却水温度）に合わせてＥＧＲ通路５０を開閉する。

【0019】

電動ターボチャージャ３０は、タービン３１、コンプレッサ３２およびモータジェネレータ３３を有している。電動ターボチャージャ３０は、タービン３１とコンプレッサ３２との間にモータジェネレータ３３を設置したものである。タービン３１とコンプレッサ３２とは、ターボ軸で連結される。

【0020】

タービン３１は、排気マニホールド２１からの排気によってターボ軸を回転する。

【0021】

タービン３１は、可変ベーン（不図示）と電動アクチュエータ３４とを有している。可変ベーンは、ベーンの開度を変更可能に構成される。電動アクチュエータ３４は、タービン３１に当たる排気の流速を変更することによりターボ軸の回転速度を増減するように可変ベーンの開度を変更する。電動アクチュエータ３４は、制御装置により制御される。

【0022】

コンプレッサ３２は、吸気通路１０においてエアクリーナ１５とインタークーラ１６との間に配置されている。コンプレッサ３２は、インペラ（不図示）を有し、インペラがターボ軸と一体に回転することにより、吸気を圧縮する。これにより、吸気がインタークーラ１６を介して吸気マニホールド１１へ過給される。ＥＣＵ６０（後述する）は、吸気マニホールド１１へ過給される吸気の実過給圧が目標過給圧になるように開度指示値を算出し、算出した開度指示値に基づいて電動アクチュエータ３４を制御する。以下の説明で、ＥＣＵ６０により算出された開度指示値を「入力値」という。

【0023】

モータジェネレータ３３は、ターボ軸の運動エネルギが不足した場合、ターボ軸の回転をアシストする一方で、ターボ軸の運動エネルギが余剰した場合、ターボ軸の回転により回生発電を行って、電力に変換してバッテリー（不図示）に充電することにより、余剰の運動エネルギを電気エネルギとして回収する。モータジェネレータ３３は、制御装置により制御される。

【0024】

制御装置は、例えば電子制御ユニット（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）により構成される。ＥＣＵ６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、入力装置および出力装置を有している。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されたプログラムをＲＡＭに展開して所定の機能を実行する。

【0025】

ＥＣＵ６０は、運転条件に応じて電動アクチュエータ３４を制御する。例えば、ＥＣＵ６０は、運転条件が高負荷である場合、可変ベーンの開度を小さくする（可変ベーン間の隙間を絞る）。これにより、タービン３１へ噴き出す排気の流速が上がるため、ターボ軸の回転速度が上昇し、コンプレッサ３２の吐出圧（ブースト圧）を高めて吸気量が増大する。また、可変ベーンの開度を小さくすると、タービン３１の入口圧（排圧）も高くなる。ブースト圧以上に排圧が高くなると、ＥＧＲガスの流量が急激に増加して、過還流になる。過還流になると、スモークや、失火が発生するおそれがあるため、過還流を防止する必要がある。

【0026】

ＥＣＵ６０は、判定部６１、補正部６２、および、制御部６３のそれぞれの機能を実行する。ＥＣＵ６０は、気筒２内に噴射される燃料噴射量を取得する。また、ＥＣＵ６０は、ＥＧＲバルブ５２の開度情報を取得する。

【0027】

判定部６１は、燃料噴射量に基づいて内燃機関１が過渡領域であるか否かについて判定する。具体的には、判定部６１は、燃料噴射量が所定の閾値を超えた場合、内燃機関１が過渡領域であると判定する。なお、判定部６１は、可変ベーンの開度の時間に対する変化量が所定値を超えた場合、内燃機関１が過渡領域であると判定してもよい。また、判定部６１は、上記の開度情報に基づいて、ＥＧＲバルブ５２が開き状態であるか否について判定する。上記の所定の閾値や、所定値は、実験や、シミュレーションにより求めることが可能である。

【0028】

補正部６２は、入力値（開度指示値）を補正する。具体的には、補正部６２は、燃料噴射量およびＥＧＲバルブ５２の開度に対する係数に基づいて入力値（開度指示値）を補正する。図２は、補正部６２の機能ブロック図である。具体的には、補正部６２は図２に示すように、開き側係数算出部６４、閉じ側係数算出部６５、および、フィルタ６６を有する。

【0029】

開き側係数算出部６４は、可変ベーンが開く方向に動作する場合において、所定のパラメータに基づいて開き側係数を算出する。なお、可変ベーンが閉じる方向に動作する場合、開き側係数は、「０」である。

【0030】

閉じ側係数算出部６５は、可変ベーンが閉じる方向に動作する場合において、ＥＧＲバルブ５２の開度（ＥＧＲ開度）および燃料噴射量に基づいて、閉じ側係数（ここでは、時定数）を算出する。なお、ＥＧＲ開度および燃料噴射量に対する予め定められた閉じ側係数を表すマップを有している。閉じ側係数算出部６５は、上記のマップに基づいて閉じ側係数を算出する。閉じ側係数（時定数）は、ＥＧＲ開度の大きさや、噴射量の多さに応じて大きくなるように設定されている。マップは、実験や、シミュレーションにより求めることが可能である。マップは，ＥＣＵ６０の記憶部（例えば、ＲＯＭ）に予め記憶される。

【0031】

フィルタ６６は、入力値（開度指示値）、開き側係数、および、閉じ側係数（時定数）に基づいて、実際の開度指示値を算出する。例えば、実際の開度指示値は、同じ入力値（開度指示値）であっても、閉じ側係数（時定数）の大きさに応じて小さくなる。

【0032】

制御部６３は、判定部６１によりＥＧＲバルブ５２が開き状態であると判定され、かつ、内燃機関１が過渡領域であると判定され、かつ、可変ベーンが閉じる方向に動作する場合、フィルタ６６により算出された実際の開度指示値に基づいて、電動アクチュエータ３４を制御する。

【0033】

次に、ＥＣＵ６０による処理の一例について図３を参照して説明する。図３は、ＥＣＵ６０による処理の一例を示すフローチャートである。図３に示すフローは、内燃機関１の運転中に所定の時間間隔で繰り返される。なお、以下の説明においては、ＥＣＵ６０が判定部６１、補正部６２、および、制御部６３のそれぞれの機能を実行するものとする。

【0034】

先ず、ステップＳ１００において、ＥＣＵ６０は、ＥＧＲバルブ５２が開き状態であるか否かについて判定する。ＥＧＲバルブ５２が開き状態である場合（Ｓ１００：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１１０に遷移する。ＥＧＲバルブ５２が閉じ状態である場合（Ｓ１００：ＮＯ）、図３に示す処理は終了する。

【0035】

次に、ステップＳ１１０において、ＥＣＵ６０は、内燃機関１が過渡領域であるか否かについて判定する。内燃機関１が過渡領域である場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１２０に遷移する。内燃機関１が過渡領域でない場合（Ｓ１１０：ＮＯ）、図３に示す処理は終了する。

【0036】

次に、ステップＳ１２０において、ＥＣＵ６０は、可変ベーンが閉じる方向の動作であるか否かについて判定する。可変ベーンが閉じる方向の動作である場合（１２０：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１３０に遷移する。可変ベーンが閉じる方向の動作でない場合（１２０：ＮＯ）、図３に示す処理は終了する。

【0037】

次に、ステップＳ１３０において、ＥＣＵ６０は、入力値（開度指示値）を補正する制御を実行する。

【0038】

次に、ステップＳ１４０において、ＥＣＵ６０は、補正した開度指示値に基づいて、電動アクチュエータ３４を制御する。これにより、可変ベーンが閉じる方向の動作速度が低下する。その結果、排圧が急増しないで、ＥＧＲガスの流量が急激に増加しないため、過還流になることが防止できる。

【0039】

上記実施の形態に係る制御装置は、開度指示値に基づいて開度が変更される可変ベーンを有する電動ターボチャージャ３０と、内燃機関１の排気の一部を内燃機関１の吸気に還流するＥＧＲ通路５０を開閉するＥＧＲバルブ５２を有するＥＧＲ装置と、を備える内燃機関システム１００のＥＣＵ６０であって、内燃機関１の気筒２内に噴射される燃料噴射量に基づいて、内燃機関１が過渡領域であるか否かを判定する判定部６１と、開度指示値を補正する補正部６２と、判定部６１により内燃機関１が過渡領域であると判定され、かつ、可変ベーンが閉じる方向に動作する場合、補正部６２が開度指示値を補正する制御を実行する制御部６３と、を備える。

【0040】

上記構成によれば、ＥＣＵ６０が、補正部６２により補正された開度指示値に基づいて、電動アクチュエータ３４を制御するため、可変ベーンが閉じる方向の動作速度が低下する。これにより、タービン入口の圧力（排圧）が急増しないで、ＥＧＲガスの流量が急激に増加しないため、ＥＧＲガスの過還流を防止することが可能となる。

【0041】

なお、上記実施の形態では、閉じ側係数（時定数）は予め定められた一つのマップに基づいて算出されるが、本開示はこれに限らない。閉じ側係数は、ＥＧＲ５２の開度に応じて重み付けされてもよい。具体的には、ＥＧＲバルブの開度に応じた複数のマップを備え、閉じ側係数算出部６５は、ＥＧＲバルブ５２の開度に対応する所定のマップに基づいて閉じ側係数を算出してもよい。これにより、ＥＧＲバルブ５２の開度に応じて可変ベーンが閉じる方向の動作速度を低下させるため、ＥＧＲガスの過還流の防止をより適時かつ確実に行うことが可能となる。

【0042】

その他、上記実施の形態は、何れも本開示の実施をするにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

【産業上の利用可能性】

【0043】

本開示は、ＥＧＲガスの過還流を防止することが要求される制御装置を備える車両に好適に利用される。

【符号の説明】

【0044】

１ 内燃機関
２ 気筒
３ シリンダブロック
１０ 吸気通路
１１ 吸気マニホールド
１２ 吸気ポート
１３ タンジェンシャルポート
１４ ヘリカルポート
１５ エアクリーナ
１６ インタークーラ
２０ 排気通路
２１ 排気マニホールド
２２ 排気ポート
３０ 電動ターボチャージャ
３１ タービン
３２ コンプレッサ
３３ モータジェネレータ
３４ 電動アクチュエータ
４０ 後処理装置
５０ ＥＧＲ通路
５１ ＥＧＲクーラ
５２ ＥＧＲバルブ
６０ 制御装置
６１ 判定部
６２ 補正部
６３ 制御部
６４ 開き側係数算出部
６５ 閉じ側係数算出部
６６ フィルタ
１００ 内燃機関システム

【図1】

【図2】

【図3】