JP2006188999A - Supercharging pressure control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ターボチャージャを備えた内燃機関の過給圧制御装置に関する。 The present invention relates to a supercharging pressure control device for an internal combustion engine equipped with a turbocharger.
内燃機関に吸入される空気を加圧するコンプレッサホイールと、該コンプレッサホイールと連結され、排気ガスの運動エネルギにより回転駆動されるタービンホイールと、該タービンホイールに吹き付けられる排気ガスの流量を変化させるべく開閉駆動される可変ベーンとを有する可変容量型のターボチャージャは、広く知られている。 A compressor wheel that pressurizes the air sucked into the internal combustion engine, a turbine wheel that is connected to the compressor wheel and rotationally driven by the kinetic energy of the exhaust gas, and is opened and closed to change the flow rate of the exhaust gas blown to the turbine wheel Variable capacity turbochargers having a variable vane to be driven are widely known.
特許文献1には、このようなターボチャージャの可変ベーンの開度を制御する制御装置が示されている。この制御装置では、検出される過給圧が目標過給圧より低いときは、可変ベーンが閉じ方向に制御され、検出される過給圧が目標過給圧より高いときは、可変ベーンが開き方向に制御される。そして、可変ベーンを閉じ方向に制御したときに、過給圧の上昇が検出されないときは、可変ベーンが開き方向に強制制御される。これにより、特に機関回転数が高いときに、タービンの上流側における排気圧(背圧)が過度に上昇し、機関出力の低下を招くことが防止される。
可変ベーンを閉じ方向に制御したときの過給圧の上昇は、排気圧の上昇に比べて大きく遅れるため、過給圧の上昇が検出されないことを確認してから、可変ベーンを開き方向に制御すると、開き方向への制御タイミングが遅れて、排気圧が過度に上昇し、機関出力の低下を招くおそれがある。 The increase in supercharging pressure when the variable vane is controlled in the closing direction is greatly delayed compared to the increase in exhaust pressure, so it is confirmed that no increase in supercharging pressure is detected, and then the variable vane is controlled in the opening direction. Then, the control timing in the opening direction is delayed, the exhaust pressure is excessively increased, and the engine output may be decreased.
本発明はこの点に着目してなされたものであり、タービンホイールの回転駆動に寄与する排気ガスの流量を適切に制御し、特に加速時において排気圧(背圧)の過度の上昇を防止しつつ、過給圧を迅速に高めることができる過給圧制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to this point, and appropriately controls the flow rate of the exhaust gas that contributes to the rotational drive of the turbine wheel to prevent an excessive increase in the exhaust pressure (back pressure) particularly during acceleration. It is another object of the present invention to provide a supercharging pressure control device that can quickly increase the supercharging pressure.
上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、内燃機関(1)に吸入される空気を加圧するコンプレッサホイール(15)と、該コンプレッサホイールと連結され、前記機関の排気ガスの運動エネルギにより回転駆動されるタービンホイール(10)とを有するターボチャージャ(8)と、前記タービンホイール(10)に吹き付けられる排気ガスの流量を変化させる排気ガス流量可変手段(12)とを備えた内燃機関の過給圧制御装置において、前記タービンホイール(10)の上流側の排気圧(P3)を検出する第1排気圧検出手段(23)と、前記タービンホイール(10)の下流側の排気圧(P4)を検出する第2排気圧検出手段(24)と、前記下流側排気圧(P4)に対する上流側排気圧(P3)の圧力比(PR=P3/P4)が所定圧力比(PR0)を超えないように、前記排気ガス流量可変手段(12)を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an invention according to
なお、前記制御手段の制御動作は、前記上流側排気圧に対する前記下流側排気圧の圧力比(P4/P3)が前記所定圧力比を下回らないように前記排気ガス流量可変手段を制御することと等価であることは言うまでもない。 The control operation of the control means is to control the exhaust gas flow rate varying means so that the pressure ratio (P4 / P3) of the downstream exhaust pressure to the upstream exhaust pressure does not fall below the predetermined pressure ratio. It goes without saying that they are equivalent.
また前記排気ガス流量可変手段は、タービンホイールに吹き付けられる排気ガスの流量を変化させるべく開閉駆動される可変ベーンとすることが望ましい。そして、前記制御手段は、前記機関の運転状態に応じて目標過給圧(P2CMD)を設定する目標過給圧設定手段と、検出される過給圧(P2)が、前記目標過給圧(P2CMD)と一致するように目標上流側排気圧(P3CMD)を設定する目標上流側排気圧設定手段とを備え、検出される上流側排気圧(P3)が目標上流側排気圧(P3CMD)と一致するように前記可変ベーンの開度(VO)を制御することが望ましい。そして、前記目標上流側排気圧設定手段は、検出される下流側排気圧(P4)に前記所定圧力比(PR0)を乗算することにより上流側リミット値(P3LMT)を算出し、該上流側リミット値(P3LMT)を越えないように、前記目標上流側排気圧(P3CMDF)を設定することが望ましい。
このように2つのフィードバック制御を含むカスケード制御を採用することにより、制御性能を向上させることができる。
The exhaust gas flow rate varying means is preferably a variable vane that is driven to open and close to change the flow rate of the exhaust gas blown to the turbine wheel. And the said control means sets the target supercharging pressure (P2CMD) according to the driving | running state of the said engine, and the detected supercharging pressure (P2) is the said target supercharging pressure (P2CMD). Target upstream exhaust pressure setting means for setting the target upstream exhaust pressure (P3CMD) so as to coincide with P2CMD), and the detected upstream exhaust pressure (P3) coincides with the target upstream exhaust pressure (P3CMD). It is desirable to control the opening degree (VO) of the variable vane. Then, the target upstream exhaust pressure setting means calculates an upstream limit value (P3LMT) by multiplying the detected downstream exhaust pressure (P4) by the predetermined pressure ratio (PR0), and the upstream limit value is calculated. It is desirable to set the target upstream exhaust pressure (P3CMDF) so as not to exceed the value (P3LMT).
Thus, by adopting cascade control including two feedback controls, control performance can be improved.
請求項1に記載の発明によれば、タービンホイールの下流側排気圧に対する上流側排気圧の圧力比が所定圧力比を超えないように、排気ガス流量可変手段が制御される。一般に圧力比が増加すると、タービンホイールを駆動する排気ガスの質量流量(以下単に「タービン通過排気ガス流量」という)は増加するが、排気ガスの流速が音速に達する圧力比PR0を超えると、ほとんど増加しなくなる。したがって、所定圧力比を圧力比PR0近傍に設定することにより、例えば機関の加速時に、上流側排気圧を過度の上昇させることなく、タービン通過排気ガス流量を迅速に増加させ、過給圧を迅速に高めることができる。 According to the first aspect of the present invention, the exhaust gas flow rate varying means is controlled so that the pressure ratio of the upstream exhaust pressure to the downstream exhaust pressure of the turbine wheel does not exceed the predetermined pressure ratio. In general, when the pressure ratio increases, the mass flow rate of exhaust gas that drives the turbine wheel (hereinafter simply referred to as “turbine exhaust gas flow rate”) increases. However, when the exhaust gas flow rate exceeds the pressure ratio PR0 that reaches the sonic speed, Does not increase. Therefore, by setting the predetermined pressure ratio in the vicinity of the pressure ratio PR0, for example, when the engine is accelerated, the exhaust gas flow rate through the turbine is rapidly increased without excessively increasing the upstream exhaust pressure, and the supercharging pressure is quickly increased. Can be increased.
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は本発明の一実施形態にかかる内燃機関と、その制御装置の構成を示す図である。内燃機関(以下「エンジン」という)1は、シリンダ内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒に燃料噴射弁9が設けられている。燃料噴射弁9は、電子制御ユニット(以下「ECU」という)20に電気的に接続されており、燃料噴射弁9の開弁時間は、ECU20により制御される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine and a control device thereof according to an embodiment of the present invention. An internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 1 is a diesel engine that directly injects fuel into a cylinder, and a fuel injection valve 9 is provided in each cylinder. The fuel injection valve 9 is electrically connected to an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 20, and the valve opening time of the fuel injection valve 9 is controlled by the
エンジン1は、吸気管2,排気管4、及びターボチャージャ8を備えている。ターボチャージャ8は、排気の運動エネルギにより回転駆動されるタービンホイール10を有するタービン11と、タービンホイール10とシャフト14を介して連結されたコンプレッサホイール15を有するコンプレッサ16とを備えている。コンプレッサホイール15は、エンジン1に吸入される空気の加圧(圧縮)を行う。
The
タービン11は、タービンホイール10に吹き付けられる排気ガスの流量を変化させるべく開閉駆動される複数の可変ベーン12(2個のみ図示)及び該可変ベーンを開閉駆動するアクチュエータ(図示せず)を有しており、可変ベーン12の開度(以下「ベーン開度」という)VOを変化させることにより、タービンホイール10に吹き付けられる排気ガスの流量を変化させ、タービンホイール10の回転速度を変更できるように構成されている。可変ベーン12を駆動するアクチュエータは、ECU20に接続されており、ベーン開度VOは、ECU20により制御される。より具体的には、ECU20は、デューティ比可変の制御信号をアクチュエータに供給し、これによってベーン開度VOを制御する。なお、可変ベーンを有するターボチャージャの構成は広く知られており、例えば特開平1−208501号公報に示されている。
The
排気管4と吸気管2との間には、排気を吸気管2に環流する排気還流通路5が設けられている。排気還流通路5には、排気還流量を制御するための排気還流弁(以下「EGR弁」という)6が設けられている。EGR弁6は、ソレノイドを有する電磁弁であり、その弁開度はECU20により制御される。EGR弁6には、その弁開度(弁リフト量)LACTを検出するリフトセンサ7が設けられており、その検出信号はECU20に供給される。排気還流通路5及びEGR弁6より、排気還流機構が構成される。
Between the exhaust pipe 4 and the
吸気管2には、吸入空気流量GAを検出する吸入空気流量センサ21、及びコンプレッサ16の下流側の吸気圧(過給圧)P2を検出する過給圧センサ22が設けられている。また、排気管4には、タービン11の上流側の排気圧P3を検出する第1排気圧センサ23、及びタービン11の下流側の排気圧P4を検出する第2排気圧センサ24が設けられている。これらのセンサ21〜24は、ECU20と接続されており、センサ21〜24の検出信号は、ECU20に供給される。
The
排気管4の、第2排気圧センサ24の下流側には、排気ガス中に含まれる粒子状物質(主としてすすからなる)を捕集する粒子状物質フィルタ(以下「DPF」という)17が設けられている。
エンジン1により駆動される車両のアクセルペダル(図示せず)の踏み込み量(以下「アクセルペダル操作量」という)APを検出するアクセルセンサ25、及びエンジン回転数(回転速度)NEを検出するエンジン回転数センサ26がECU20に接続されており、これらのセンサの検出信号は、ECU20に供給される。
A particulate matter filter (hereinafter referred to as “DPF”) 17 that collects particulate matter (mainly made of soot) contained in the exhaust gas is provided on the exhaust pipe 4 downstream of the second
An
ECU20は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット(以下「CPU」という)、CPUで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、タービン11の可変ベーン12を駆動するアクチュエータ、燃料噴射弁9、EGR弁6などに駆動信号を供給する出力回路等から構成される。
The
ECU20は、エンジン1の運転状態、具体的にはアクセルペダル操作量AP及びエンジン回転数NEに応じて目標過給圧P2CMDを算出し、検出される過給圧P2が目標過給圧P2CMDと一致するようにベーン開度VOの制御する過給圧制御を行う。さらにECU20は、アクセルペダル操作量AP及びエンジン回転数NEに応じて燃料噴射弁9の開弁時間TOUTを算出し、開弁時間TOUTに応じた駆動信号を燃料噴射弁9に供給する。ECU20は、さらにアクセルペダル操作量AP及びエンジン回転数NEに応じて、目標吸入空気量GACMDを設定し、目標吸入空気量GACMD及び検出される吸入空気流量GAに基づいて排気還流量を決定し、EGR弁6のリフト量(開弁量)を制御する。
The
過給圧を迅速に高めるためには、タービン11を通過する排気ガスの質量流量GEtbnを上昇させる必要がある。そこで、タービン11を図2に示すようなノズルとしてモデル化して検討する。
ノズルを通過する排気ガスの質量流量GEtbnは、下記式(1)で表すことができる。
GEtbn=Atbn(VO)・U(P3)・Φ(P4/P3) (1)
In order to quickly increase the supercharging pressure, it is necessary to increase the mass flow rate GEtbn of the exhaust gas passing through the
The mass flow rate GEtbn of the exhaust gas passing through the nozzle can be expressed by the following formula (1).
GEtbn = Atbn (VO) .U (P3) .Φ (P4 / P3) (1)
ここで、Atbnは、ベーン開度VOの関数として定義されるタービン有効開口面積であり、U(P3)は下記式(2)により算出される上流条件関数であり、Φ(P4/P3)は、下記式(3)及び(4)により与えられる圧力関数である。またP3及びP4は、それぞれ上流側排気圧及び下流側排気圧である。式(2)のρは、ノズルを通過する排気ガスの密度であり、式(3)及び(4)のκは、ノズルを通過する排気ガスの比熱比である。排気ガスの流速が音速より低いとき、式(3)が適用され、排気ガスの流速が音速以上であるとき、式(4)が適用される。 Here, Atbn is a turbine effective opening area defined as a function of the vane opening VO, U (P3) is an upstream condition function calculated by the following equation (2), and Φ (P4 / P3) is These are pressure functions given by the following equations (3) and (4). P3 and P4 are an upstream exhaust pressure and a downstream exhaust pressure, respectively. Ρ in equation (2) is the density of exhaust gas passing through the nozzle, and κ in equations (3) and (4) is the specific heat ratio of exhaust gas passing through the nozzle. When the exhaust gas flow velocity is lower than the sonic velocity, the equation (3) is applied, and when the exhaust gas flow velocity is equal to or higher than the sonic velocity, the equation (4) is applied.
PR=P3/P4 (5)
と定義すると、圧力関数Φは圧力比PRの関数として、図3に示すように変化する。図3のPR0は、下記式(6)により算出される所定圧力比である。式(6)の右辺は、式(3)に含まれる右側の不等式の右辺の式の逆数に相当する。
, The pressure function Φ changes as shown in FIG. 3 as a function of the pressure ratio PR. PR0 in FIG. 3 is a predetermined pressure ratio calculated by the following equation (6). The right side of Expression (6) corresponds to the reciprocal of the expression on the right side of the right inequality included in Expression (3).
すなわち、圧力関数Φは、圧力比PRの増加に伴って増加するが、排気ガス流速が音速に達する所定圧力比PR0を越えると一定となる(式(4)が適用される)。したがって、質量流量GEtbnは、例えば図4に曲線L3で示すように変化し、圧力比PRが所定圧力比PR0を越えると、ほとんど増加しなくなる。なお、図4の曲線L1及びL3は、ベーン開度VOが最大である状態及び最小である状態に対応し、曲線L2はそれらの中間の状態に対応する。曲線L1及びL2の描かれている範囲が狭くなっているのは、ベーン開度VOが大きくなると、圧力比PRはある程度以上は増加しなくなるからである。 That is, the pressure function Φ increases as the pressure ratio PR increases, but becomes constant when the exhaust gas flow velocity exceeds a predetermined pressure ratio PR0 at which the sonic velocity is reached (equation (4) is applied). Accordingly, the mass flow rate GEtbn changes, for example, as shown by a curve L3 in FIG. 4, and hardly increases when the pressure ratio PR exceeds the predetermined pressure ratio PR0. The curves L1 and L3 in FIG. 4 correspond to the state where the vane opening degree VO is maximum and the minimum, and the curve L2 corresponds to an intermediate state between them. The range in which the curves L1 and L2 are drawn is narrowed because the pressure ratio PR does not increase to a certain extent as the vane opening VO increases.
図4に示す特性を考慮し、本実施形態では、エンジンの加速時のように過給圧を迅速に高める必要があるときには、最初は(エンジンが低回転の状態では)ベーン開度VOを小さくして圧力比PRを高め、その後は、圧力比PRが所定圧力比PR0を越えないように、ベーン開度VOを徐々に大きくしていくように制御している。これにより、タービン11の上流側排気圧P3を過度に上昇させることなく、迅速に過給圧を高めることができる。
In consideration of the characteristics shown in FIG. 4, in this embodiment, when it is necessary to quickly increase the supercharging pressure as in the acceleration of the engine, the vane opening VO is initially reduced (when the engine is running at a low speed). Then, the pressure ratio PR is increased, and thereafter, the vane opening degree VO is controlled to be gradually increased so that the pressure ratio PR does not exceed the predetermined pressure ratio PR0. As a result, the supercharging pressure can be quickly increased without excessively increasing the upstream side exhaust pressure P3 of the
なお、所定圧力比PR0は、排気ガスの比熱比から理論的に求めることができるものであるが、実際には実験により決定した値、例えば1.9から2.5の間の値に設定されている。 The predetermined pressure ratio PR0 can be theoretically obtained from the specific heat ratio of the exhaust gas, but is actually set to a value determined by experiment, for example, a value between 1.9 and 2.5. ing.
図5は、上述した制御を実行する過給圧制御モジュールの構成を示すブロック図である。各ブロックの機能は、ECU20のCPUによる演算によって実現される。
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of a supercharging pressure control module that performs the above-described control. The function of each block is realized by calculation by the CPU of the
図5に示す過給圧制御モジュールは、P2CMD設定部31と、減算器32と、P2制御器33と、リミッタ34と、減算器35と、P3制御器36とを備えている。P2CMD設定部31は、エンジン回転数NE及び目標燃料量QCMDに応じて、目標過給圧P2CMDを設定する。ここで目標燃料量QCMDは、エンジン1に供給する燃料量の目標値であり、アクセルペダル操作量APが増加するほど、増加するように設定される。目標過給圧P2CMDは、エンジン回転数NEが高くなるほど、また目標燃料量QCMDが増加するほど、高くなるように設定される。したがって、アクセルペダルが踏み込まれる加速時においては、目標過給圧P2CMDはステップ状に増加する。減算器32は、目標過給圧P2CMDから検出過給圧P2を減算し、過給圧偏差ΔP2を算出する。
The supercharging pressure control module shown in FIG. 5 includes a
P2制御器33は、過給圧偏差ΔP2に応じて目標上流側排気圧P3CMDを算出する。より具体的には、例えばPID(比例積分微分)制御により、過給圧偏差ΔP2が「0」となるように、目標上流側排気圧P3CMDを算出する。すなわちP2制御器33は、ΔP2>0であるときは、目標上流側排気圧P3CMDを増加させ、ΔP2<0であるときは、目標上流側排気圧P3CMDを減少させる。
The
リミッタ34は、検出される下流側排気圧P4に所定圧力比PR0を乗算することにより、上流側リミット値P3LMTを算出する。そして、目標上流側排気圧P3CMDが上流側リミット値P3LMT以下であるときは、目標上流側排気圧P3CMDをそのまま最終目標上流側排気圧P3CMDFとする一方、目標上流側排気圧P3CMDが上流側リミット値P3LMTを越えたときは、上流側リミット値P3LMTを最終目標上流側排気圧P3CMDFとする。減算器35は、最終目標上流側排気圧P3CMDFから検出される上流側排気圧P3を減算し、排気圧偏差ΔP3を算出する。
The
P3制御器36は、排気圧偏差ΔP3に応じて目標ベーン開度VOCMDを算出する。より具体的には、例えばPID制御により、排気圧偏差ΔP3が「0」となるように目標ベーン開度VOCMDを算出する。すなわちP3制御器36は、ΔP3>0であるときは、目標ベーン開度VOCMDを減少させ、ΔP3<0であるときは、目標ベーン開度VOCMDを増加させる。
The
図6は、図5に示す機能ブロックの機能を実現する過給圧制御処理のフローチャートである。この処理は、ECU20のCPUで所定時間毎に実行される。
ステップS10では、エンジン回転数NE及び目標燃料量QCMDに応じて目標過給圧P2CMDを設定する。ステップS11では、目標過給圧P2CMDから検出過給圧P2を減算して、過給圧偏差ΔP2を算出する。ステップS12では、過給圧偏差ΔP2が「0」となるように、例えばPID制御を用いて、目標上流側排気圧P3CMDを算出する。ステップS13では、検出される下流側排気圧P4に所定圧力比PR0を乗算して、上流側リミット値P3LMTを算出する。次いでステップS12で算出した目標上流側排気圧P3CMDが上流側リミット値P3LMTより大きいか否かを判別する(ステップS14)。
FIG. 6 is a flowchart of the supercharging pressure control process for realizing the functions of the functional blocks shown in FIG. This process is executed every predetermined time by the CPU of the
In step S10, the target boost pressure P2CMD is set according to the engine speed NE and the target fuel amount QCMD. In step S11, the detected boost pressure P2 is subtracted from the target boost pressure P2CMD to calculate the boost pressure deviation ΔP2. In step S12, the target upstream exhaust pressure P3CMD is calculated using, for example, PID control so that the supercharging pressure deviation ΔP2 becomes “0”. In step S13, an upstream limit value P3LMT is calculated by multiplying the detected downstream exhaust pressure P4 by a predetermined pressure ratio PR0. Next, it is determined whether or not the target upstream exhaust pressure P3CMD calculated in step S12 is larger than the upstream limit value P3LMT (step S14).
ステップS14で、P3CMD≦P3LMTであるときは、最終目標上流側排気圧P3CMDFを、目標上流側排気圧P3CMDに設定する(ステップS16)。またP3CMD>P3LMTであるときは、最終目標上流側排気圧P3CMDFを、上流側リミット値P3LMTに設定する(ステップS15)。ステップS13〜S16により、圧力比PRが所定圧力比PR0を越えないように、最終目標上流側排気圧P3CMDFが設定される。 If P3CMD ≦ P3LMT in step S14, the final target upstream exhaust pressure P3CMDF is set to the target upstream exhaust pressure P3CMD (step S16). If P3CMD> P3LMT, the final target upstream exhaust pressure P3CMDF is set to the upstream limit value P3LMT (step S15). Through steps S13 to S16, the final target upstream exhaust pressure P3CMDF is set so that the pressure ratio PR does not exceed the predetermined pressure ratio PR0.
ステップS17では、最終目標上流側排気圧P3CMDFから検出される上流側排気圧P3を減算することにより、排気圧偏差ΔP3を算出する。ステップS18では、排気圧偏差ΔP3が「0」となるように、例えばPID制御を用いて、目標ベーン開度VOCMDを算出する。ステップS19では、ベーン開度VOが目標ベーン開度VOCMDと一致するように、可変ベーン12のアクチュエータを駆動する。
In step S17, the exhaust pressure deviation ΔP3 is calculated by subtracting the upstream exhaust pressure P3 detected from the final target upstream exhaust pressure P3CMDF. In step S18, the target vane opening degree VOCMD is calculated using, for example, PID control so that the exhaust pressure deviation ΔP3 becomes “0”. In step S19, the actuator of the
図7は、図6に示す過給圧制御を説明するためのタイムチャートであり、時刻t0においてアクセルペダルが大きく踏み込まれた場合における、ベーン開度VO,圧力比PR,及び過給圧P2の推移を示す。なお、図7(b)及び(c)に示す破線は、圧力比PRのリミット処理を行わない場合の特性を示す。 FIG. 7 is a time chart for explaining the supercharging pressure control shown in FIG. 6 and shows the vane opening VO, the pressure ratio PR, and the supercharging pressure P2 when the accelerator pedal is greatly depressed at time t0. Shows the transition. In addition, the broken line shown to FIG.7 (b) and (c) shows the characteristic when the limit process of pressure ratio PR is not performed.
ベーン開度VOは、時刻t0に最小開度VOMINまでステップ的に減少し、圧力比PRが所定圧力比PR0に達する時刻t1までその最小開度VOMINに維持される。時刻t1以後は、ベーン開度VOが増加し、圧力比PRがほぼ所定圧力比PR0に維持される。これにより、過給圧P2を、圧力比PRのリミット処理を行わない場合に比べてより迅速に高めることができる。 The vane opening VO decreases stepwise to the minimum opening VOMIN at time t0, and is maintained at the minimum opening VOMIN until time t1 when the pressure ratio PR reaches the predetermined pressure ratio PR0. After time t1, the vane opening degree VO increases, and the pressure ratio PR is maintained substantially at the predetermined pressure ratio PR0. Thereby, the supercharging pressure P2 can be increased more rapidly than in the case where the limit process of the pressure ratio PR is not performed.
また下流側排気圧P4をタービン11の直ぐ下流側(DPF17の上流側)で第2排気圧センサ24により検出し、該検出した下流側排気圧P4に応じて圧力比PRのリミット処理を行うようにしたので、DPF17内のすす(soot)の蓄積状態が変化しても正確な制御を行うことができる。
Further, the downstream exhaust pressure P4 is detected by the second
本実施形態では、可変ベーン12及び可変ベーン12を駆動するアクチュエータが排気ガス流量可変手段に相当し、第1排気圧センサ23が第1排気圧検出手段に相当し、第2排気圧センサ24が第2排気圧検出手段に相当する。またECU20が、制御手段を構成する。具体的には図6に示す処理が制御手段に相当し、ステップS10が目標過給圧設定手段に相当し、ステップS12〜S15が目標上流側排気圧設定手段に相当する。
In the present embodiment, the
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、下流側排気圧P4は、大気圧センサにより大気圧PAを検出し、検出した大気圧PAに補正量ΔPを加算することにより算出するようにしてもよい。タービン11の下流側には、本実施形態にようにDPFが設けられたり、またNOxの浄化を行うNOx吸収触媒が設けられたりするので、下流側排気圧P4は、大気圧PAより若干高くなる。そこで、大気圧PAに加算すべき補正量ΔPを予め求めておき、検出した大気圧PAにその補正量ΔPを加算することにより、簡易的に下流側排気圧P4(の近似値)を得ることができる。この場合には、大気圧センサ及びECU20によって、第2排気圧検出手段が構成される。これにより、第2排気圧センサを設ける必要がなくなり、構成の簡略化を図ることができる。
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made. For example, the downstream side exhaust pressure P4 may be calculated by detecting the atmospheric pressure PA with an atmospheric pressure sensor and adding the correction amount ΔP to the detected atmospheric pressure PA. Since the DPF is provided on the downstream side of the
また上述した実施形態では、可変ベーンを有するターボチャージャを備えた内燃機関における過給圧制御に本発明を適用した例を示したが、本発明は、以下のような構成の過給圧制御装置にも適用可能である。
(1)容量が固定されたターボチャージャと、該ターボチャージャのタービンをバイパスするバイパス通路と、そのバイパス通路に設けられたウエストゲートバルブとを備え、ウエストゲートバルブの開度を変更することにより、タービンに流入する排気量を変化させ、過給圧を制御するように構成されている制御装置。この場合には、バイパス通路及びウエストゲートバルブが、排気ガス流量可変手段に相当する。
(2)容量が固定されたターボチャージャを備え、内燃機関の排気量そのものを機関運転状態(例えば機関回転数及び目標燃料量)に応じて変更することにより、過給圧を制御するように構成されている制御装置。この制御装置では、排気量の変更は、例えば内燃機関への燃料供給量あるい吸入空気量を変化させることにより行われる。この場合には、排気量の制御を行う制御ユニットが排気ガス流量可変手段に相当する。
Further, in the above-described embodiment, the example in which the present invention is applied to the supercharging pressure control in the internal combustion engine including the turbocharger having the variable vane has been shown. It is also applicable to.
(1) A turbocharger having a fixed capacity, a bypass passage that bypasses the turbine of the turbocharger, and a wastegate valve provided in the bypass passage, and by changing the opening of the wastegate valve, A control device configured to control a supercharging pressure by changing an exhaust amount flowing into a turbine. In this case, the bypass passage and the wastegate valve correspond to the exhaust gas flow rate varying means.
(2) A turbocharger having a fixed capacity is provided, and the supercharging pressure is controlled by changing the exhaust amount of the internal combustion engine according to the engine operating state (for example, the engine speed and the target fuel amount). Control unit. In this control device, the exhaust amount is changed by changing the amount of fuel supplied to the internal combustion engine or the amount of intake air, for example. In this case, the control unit for controlling the exhaust amount corresponds to the exhaust gas flow rate varying means.
また上述した実施形態では、P2制御器33及びP3制御器36は、PID制御により制御偏差を「0」とするようにしたが、これに限るものではなく、現代制御理論に基づくスライディングモード制御や適応制御を実行する制御器を用いてもよい。
また上述した実施形態では、本発明のディーゼル内燃機関の過給圧制御に適用して例を示したが、ガソリン内燃機関の過給圧制御にも適用可能である。
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの過給圧制御にも適用が可能である。
In the above-described embodiment, the
In the above-described embodiment, an example is shown in which the present invention is applied to the supercharging pressure control of the diesel internal combustion engine of the present invention. However, the present invention is also applicable to supercharging pressure control of a gasoline internal combustion engine.
The present invention can also be applied to supercharging pressure control of a marine vessel propulsion engine such as an outboard motor having a vertical crankshaft.
1 内燃機関
8 ターボチャージャ
10 タービンホイール
11 タービン
12 可変ベーン(排気ガス流量可変手段)
15 コンプレッサホイール
16 コンプレッサ
20 電子制御ユニット(制御手段)
22 過給圧センサ
23 第1排気圧センサ(第1排気圧検出手段)
24 第2排気圧センサ(第2排気圧検出手段)
DESCRIPTION OF
15
22
24 Second exhaust pressure sensor (second exhaust pressure detection means)
Claims (1)
前記タービンホイールの上流側の排気圧を検出する第1排気圧検出手段と、
前記タービンホイールの下流側の排気圧を検出する第2排気圧検出手段と、
前記下流側排気圧に対する上流側排気圧の圧力比が所定圧力比を超えないように、前記排気ガス流量可変手段を制御する制御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。 A turbocharger having a compressor wheel for pressurizing air sucked into the internal combustion engine, a turbine wheel connected to the compressor wheel and driven to rotate by the kinetic energy of the exhaust gas of the engine, and exhaust blown to the turbine wheel In a supercharging pressure control device for an internal combustion engine provided with an exhaust gas flow rate variable means for changing a gas flow rate,
First exhaust pressure detection means for detecting an exhaust pressure upstream of the turbine wheel;
Second exhaust pressure detecting means for detecting exhaust pressure downstream of the turbine wheel;
And a control means for controlling the exhaust gas flow rate varying means so that the pressure ratio of the upstream side exhaust pressure to the downstream side exhaust pressure does not exceed a predetermined pressure ratio. .
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