JP2009299505A - Device and method for controlling turbocharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気タービンの内部に形成された流路の有効面積を増減させる可変ノズルを備えるバリアブルノズル式ターボチャージャの制御に関し、特に、ノズルベーンの開度の制御に関する。 The present invention relates to control of a variable nozzle type turbocharger including a variable nozzle that increases or decreases the effective area of a flow path formed inside an exhaust turbine, and more particularly to control of the opening degree of a nozzle vane.
自動車用内燃機関には自然吸気式エンジンと過給式エンジンとがある。過給機構としては、一般にターボチャージャと呼ばれる排気タービン駆動式のものと、一般にスーパチャージャと呼ばれる機械駆動式のものとが実用化されている。ターボチャージャは、排気ガスのエネルギでタービンを回転させ、それと直結したコンプレッサで吸入空気を圧縮してエンジンに供給するものである。 There are two types of internal combustion engines for automobiles: naturally aspirated engines and supercharged engines. As the supercharging mechanism, an exhaust turbine drive type generally called a turbocharger and a mechanical drive type generally called a supercharger have been put into practical use. A turbocharger rotates a turbine with the energy of exhaust gas, compresses intake air with a compressor directly connected thereto, and supplies the compressed air to an engine.
ターボチャージャ付エンジンでは、エンジンが低速回転域にあるときには、排気ガスの流量が少ないため過給圧の立ち上がりが遅れ、ターボチャージャによる過給は不十分なものとなる。その対策として、タービンノズルの開度すなわち面積を小さくすることにより、タービンロータに与える運動エネルギを増大させるターボチャージャが開発されている。 In an engine with a turbocharger, when the engine is in a low speed rotation range, the rise of the supercharging pressure is delayed because the flow rate of the exhaust gas is small, and supercharging by the turbocharger becomes insufficient. As a countermeasure, a turbocharger that increases the kinetic energy given to the turbine rotor by reducing the opening, that is, the area of the turbine nozzle, has been developed.
バリアブルノズル式ターボチャージャは、そのようなターボチャージャの一種であって、回動可能な複数のノズルベーン(以下、「バリアブルノズル」や「可変ノズル」ともいう)を設け、ノズルベーン間に形成されるタービンノズルよりタービンロータへとエンジンの排気ガスを導く際のタービンノズルの開度を変えることができるようにしたものである。 The variable nozzle type turbocharger is a kind of such a turbocharger, and is provided with a plurality of rotatable nozzle vanes (hereinafter also referred to as “variable nozzles” and “variable nozzles”), and a turbine formed between the nozzle vanes. The opening degree of the turbine nozzle when the exhaust gas of the engine is guided from the nozzle to the turbine rotor can be changed.
しかし、エンジンが低回転領域にあるときに可変ノズルの開度を小さくして過給圧の立ち上がりを早めた場合であっても、このときのエンジンの負荷やエンジンに接続される変速段で形成される変速ギヤ段によっては、排気の圧力が吸気の圧力を上回り、エンジン出力が低下して加速性が悪化する場合がある。このような問題を解決する技術が、たとえば特開昭63−29026号公報(特許文献1)に開示されている。 However, even when the opening of the variable nozzle is reduced and the boost pressure rises earlier when the engine is in the low speed range, it is formed with the engine load at this time and the gear stage connected to the engine. Depending on the transmission gear speed, the exhaust pressure may exceed the intake pressure, the engine output may decrease, and the acceleration performance may deteriorate. A technique for solving such a problem is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-29026 (Patent Document 1).
特開昭63−29026号公報に開示された制御装置は、排気タービンをバイパスする排気バイパス通路を開閉する開閉部と、排気タービンの排気入口ノズルの面積を可変する排気入口ノズル面積可変部と、過給圧を検出する過給圧検出部と、検出された過給圧に応じて開閉部および排気入口ノズル面積可変部を制御する過給圧制御部と、を備えた可変容量型排気ターボチャージャ付内燃機関の過給圧を制御する。この制御装置は、内燃機関に接続された変速機のギヤ位置を検出するギヤ位置検出部と、検出された変速機のギヤ位置に応じて過給圧制御部に優先して開閉部もしくは排気入口ノズル面積可変部を制御するギヤ位置制御部とを含む。 A control device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-29026 includes an opening / closing part that opens and closes an exhaust bypass passage that bypasses the exhaust turbine, an exhaust inlet nozzle area variable part that changes an area of the exhaust inlet nozzle of the exhaust turbine, A variable displacement exhaust turbocharger comprising: a supercharging pressure detection unit that detects a supercharging pressure; and a supercharging pressure control unit that controls an opening / closing unit and an exhaust inlet nozzle area variable unit according to the detected supercharging pressure. The supercharging pressure of the internal combustion engine is controlled. The control device includes a gear position detecting unit that detects a gear position of a transmission connected to the internal combustion engine, and an opening / closing unit or an exhaust inlet in preference to the supercharging pressure control unit according to the detected gear position of the transmission. A gear position control unit that controls the nozzle area variable unit.
特開昭63−29026号公報に開示された制御装置によると、排気入口ノズル面積を絞ることによって過給圧の立ち上がりを早めようとしているときに、排気圧力が急速に上昇すると過給効果による内燃機関の出力向上効果が得られないことを考慮して、排気圧力上昇の傾向を間接的に示すギヤ位置に応じて排気入口ノズル面積やバイパス排気量を制御する。そのため、排気圧力上昇による機関出力の低下を防止でき、良好な過給圧の立ち上がりを得て、内燃機関の加速性を向上させることができる。
ところで、従来においては、過給圧の立ち上がりを通常よりも早める過渡制御の実行を許可するエンジン回転数の上限値(以下「許可上限値」ともいう)をすべての変速段に対して一律に設定していた。しかしながら、上述したバリアブルノズル式ターボチャージャによる過給圧の立ち上がり特性は、変速機で形成される変速段ごとに異なる。そのため、すべての変速段において過給圧の過剰増加を抑制する(ターボの信頼性を保証する)ためには、過給圧が急速に増加し始めるときのエンジン回転数が最も低い変速段に合わせて許可上限値を設定する必要がある。しかしながら、このように許可上限値を設定すると、他の変速段が形成されている場合においては、過渡制御の実行が不必要に制限されて過給圧の立ち上がりが最適とならず、車両の動力性能を的確に向上させることができない。 By the way, conventionally, an upper limit value of the engine speed (hereinafter also referred to as “permitted upper limit value”) that permits execution of transient control that makes the rise of the boost pressure faster than usual is uniformly set for all shift speeds. Was. However, the rising characteristic of the supercharging pressure by the above-described variable nozzle turbocharger differs depending on the gear stage formed by the transmission. Therefore, in order to suppress the excessive increase of the supercharging pressure at all gears (to guarantee the reliability of the turbo), it is adjusted to the gear with the lowest engine speed when the supercharging pressure starts to increase rapidly. It is necessary to set the allowable upper limit. However, when the allowable upper limit value is set in this way, in the case where another gear stage is formed, the execution of the transient control is unnecessarily limited, and the rising of the boost pressure is not optimal, and the vehicle power The performance cannot be improved accurately.
しかしながら、特開昭63−29026号公報には、許可上限値と変速段との関係について何ら言及されていない。実開昭62−29445号公報についても同様である。 However, Japanese Patent Laid-Open No. 63-29026 makes no mention of the relationship between the upper limit of permission and the gear position. The same applies to Japanese Utility Model Publication No. 62-29445.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、過給圧の立ち上がりを通常よりも早める過渡制御の許可領域を適切に設定して、過給圧の過剰増加を抑制しつつ車両の動力性能を向上させることができるターボチャージャの制御装置および制御方法を提供することである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and its purpose is to appropriately set an allowable region for transient control that accelerates the rise of the boost pressure more than usual, and to overcharge the boost pressure. It is an object to provide a turbocharger control device and control method capable of improving the power performance of a vehicle while suppressing an increase.
第1の発明に係る制御装置は、エンジンと複数の変速段を有する変速機とを備えた車両に搭載されるターボチャージャを制御する。ターボチャージャは、アクチュエータによって開度が調整されるノズルと、ノズルによって導かれるエンジンの排気によって駆動されるタービンと、タービンによって駆動されてエンジンの吸気を圧縮するコンプレッサとを有する。制御装置は、複数の変速段にそれぞれ対応するように設定された複数の許可上限値を記憶するための記憶手段と、記憶手段に記憶された複数の許可上限値のうち、変速機で形成されている変速段に対応する許可上限値を選択するための選択手段と、エンジン回転数が選択手段によって選択された許可上限値を上限とする許可領域に含まれるか否かを判断するための判断手段と、吸気の過給圧を変化させる場合、判断手段によってエンジン回転数が許可領域に含まれると判断されたときは判断されないときに比べて、吸気の過給圧の変化速度が大きくなるように、ノズルの開度を調整するアクチュエータを制御するための制御手段とを含む。 A control device according to a first invention controls a turbocharger mounted on a vehicle including an engine and a transmission having a plurality of shift stages. The turbocharger includes a nozzle whose opening is adjusted by an actuator, a turbine driven by engine exhaust guided by the nozzle, and a compressor driven by the turbine to compress intake air of the engine. The control device is formed of a transmission among storage means for storing a plurality of permission upper limit values set so as to respectively correspond to a plurality of shift speeds, and a plurality of permission upper limit values stored in the storage means. A selection means for selecting a permitted upper limit value corresponding to the gear position being determined, and a determination for determining whether or not the engine speed is included in a permitted area having the permitted upper limit value selected by the selecting means as an upper limit. And when the intake boost pressure is changed, the change speed of the intake boost pressure is greater when the determination means determines that the engine speed is included in the permitted range than when it is not determined. And a control means for controlling an actuator for adjusting the opening of the nozzle.
第2の発明に係る制御装置においては、第1の発明の構成に加えて、複数の許可上限値は、各々が対応する変速段におけるターボチャージャによる過給圧の立ち上がり特性に応じて設定される。 In the control device according to the second aspect of the invention, in addition to the configuration of the first aspect, the plurality of permitted upper limit values are set according to the rising characteristics of the supercharging pressure by the turbocharger at each corresponding shift stage. .
第3の発明に係る制御装置においては、第2の発明の構成に加えて、第1のエンジン回転数で過給圧が急速に増加し始める第1の特性を有する第1の変速段に対応する第1の許可上限値は、第1のエンジン回転数よりも低い第2のエンジン回転数で過給圧が急速に増加し始める第2の特性を有する第2の変速段に対応する第2の許可上限値よりも大きい値に設定される。 In the control device according to the third aspect of the invention, in addition to the configuration of the second aspect of the invention, the control apparatus corresponds to the first shift stage having the first characteristic that the supercharging pressure starts to increase rapidly at the first engine speed. The first allowable upper limit value is a second gear corresponding to a second gear having a second characteristic in which the supercharging pressure starts to increase rapidly at a second engine speed lower than the first engine speed. Is set to a value larger than the allowable upper limit value.
第4の発明に係る制御装置においては、第1〜3のいずれかの発明の構成に加えて、許可領域は、予め定められたアイドル回転数よりも高く、かつ選択された許可上限値よりも低い領域である。 In the control device according to the fourth invention, in addition to the configuration of any one of the first to third inventions, the permission area is higher than a predetermined idle rotation speed and higher than a selected permission upper limit value. It is a low area.
第5の発明に係る制御装置においては、第1〜4のいずれかの発明の構成に加えて、制御手段は、過給圧を増加させる場合、エンジンの回転数が選択された許可上限値よりも高いときはノズルの開度を第1の開度に調整し、エンジンの回転数が選択された許可上限値よりも低いときは第1の開度よりも所定量小さい第2の開度に調整する。 In the control device according to the fifth invention, in addition to the configuration of any one of the first to fourth inventions, when the control means increases the supercharging pressure, the engine speed is higher than the permitted upper limit value selected. Is higher, the nozzle opening is adjusted to the first opening, and when the engine speed is lower than the selected permitted upper limit, the second opening is smaller by a predetermined amount than the first opening. adjust.
第6の発明に係る制御装置は、第1〜4のいずれかの発明の構成に加えて、エンジンの状態に基づいて、吸気の目標過給圧を算出するための算出手段をさらに含む。制御手段は、吸気の実過給圧を算出手段によって算出された目標過給圧に変化させる場合、エンジンの回転数が選択された許可上限値よりも低いときは高いときに比べて、実過給圧を急速に目標過給圧に変化させるように、ノズルの開度を調整する。 The control device according to a sixth aspect of the invention further includes a calculation means for calculating a target boost pressure of intake air based on the state of the engine in addition to the configuration of any one of the first to fourth aspects of the invention. When changing the actual boost pressure of the intake air to the target boost pressure calculated by the calculation means, the control means is more effective when the engine speed is lower than the selected allowable upper limit than when it is higher. The opening degree of the nozzle is adjusted so that the supply pressure is rapidly changed to the target supercharging pressure.
第7〜12の発明に係る制御方法は、それぞれ第1〜6の発明に係る制御装置と同様の要件を備える。 The control methods according to the seventh to twelfth inventions have the same requirements as the control devices according to the first to sixth inventions.
本発明によれば、内燃機関の回転数が許可領域に含まれる場合に、過給圧の変化速度が大きくなるようにノズルの開度を調整する制御(過渡制御)が実行される。この許可領域の上限値が、複数の変速段にそれぞれ対応するように設定された複数の許可上限値のうち、変速機で形成されている変速段に対応する許可上限値に設定される。このようにすると、過渡制御の許可領域を変速段ごとに最適に設定することができる。そのため、過給圧の過剰増加を抑制しつつ車両の動力性能を向上させることができる。 According to the present invention, when the rotation speed of the internal combustion engine is included in the permitted region, the control (transient control) is performed to adjust the opening of the nozzle so that the change rate of the supercharging pressure is increased. The upper limit value of the permission area is set to a permission upper limit value corresponding to a gear stage formed by the transmission among a plurality of permission upper limit values set to correspond to the plurality of gear speeds, respectively. In this way, the transient control permission region can be optimally set for each gear position. Therefore, the power performance of the vehicle can be improved while suppressing an excessive increase in the supercharging pressure.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
図1は、本実施の形態に係るバリアブルノズル式ターボチャージャ制御装置を備えた車両を概略的に示す図である。 FIG. 1 schematically shows a vehicle equipped with a variable nozzle turbocharger control device according to the present embodiment.
エンジン本体500は、インジェクタ(図示せず)から噴射された燃料と空気との混合気を、シリンダの燃焼室内で燃焼させる内燃機関である。燃焼によりシリンダ内のピストンが押し下げられて、クランクシャフトが回転させられる。
The
エンジン本体500における燃焼に必要な空気は、エアクリーナ100でろ過され、ターボチャージャ300のコンプレッサ320で圧縮され、インタクーラ120で冷却され、吸気マニホールド140に導かれる。なお、その吸入空気の流量GAは、吸気絞り弁130によって調整される。
Air necessary for combustion in the
吸気マニホールド140で、吸入空気は、エンジン本体500の各気筒に分配される。各気筒において発生する排気ガスは、排気マニホールド160で集められ、次いでターボチャージャ300のタービン340に通された後、最後に触媒コンバータ700で浄化されて排出される。なお、ターボチャージャ300による過度の過給効果を防止すべく、排気ガスがタービン340を迂回することができるように、排気バイパス通路800およびウェイストゲートバルブ(WGV)900が設けられている。
ターボチャージャ300のタービン340においては、タービンロータ(タービンホイール、タービンブレードなどとも呼ばれる)350が排気ガスにより回転せしめられる。コンプレッサ320のコンプレッサブレード330は、回転軸310によりタービンロータ350に接続されているため、タービンロータ350とともに回転して吸入空気を圧縮し、すなわち過給作用を奏する。タービン340には、後に詳細に説明するように、回動可能な複数のノズルベーン360が設けられており、ノズルベーン360間に形成されるタービンノズルの開度すなわち面積を変えることができるようになっている。そのため、そのタービンノズルは、バリアブルノズルと呼ばれる。バリアブルノズルの開度は、アクチュエータ(DCサーボモータ)370によって調整される。
In the
自動変速機600は、トルクコンバータ610を経由してエンジン本体500に連結される。自動変速機600は、前進走行ギヤ段(たとえば1速〜6速ギヤ段)および後進走行ギヤ段を形成することにより、クランクシャフトの回転数を所望の回転数に変速して、駆動輪(図示せず)に伝達する。なお、前進走行ギヤ段は、複数存在するのであれば、1速〜6速ギヤ段であることに限定されない。
ECU(Electronic Control Unit)8000には、エアフローメータ110、圧力センサ220、吸気管温度センサ230、酸素センサ240、水温センサ510、エンジン回転数センサ520、車速センサ8002、ポジションスイッチ8006、アクセル開度センサ8010、およびストロークセンサ8014からの各信号が入力される。
The ECU (Electronic Control Unit) 8000 includes an
エアフローメータ110は、吸入空気量GAを検出する。圧力センサ220は、実過給圧(吸気管の実際の圧力)Pinを検出する。吸気管温度センサ230は、吸気管温度Tを検出する。酸素センサ240は、空気過剰率λを検出する。水温センサ510は、エンジン冷却水温度TEを検出する。エンジン回転数センサ520は、エンジン回転数NEを検出する。車速センサ8002は、車速VSを検出する。ポジションスイッチ8006は、運転者によって操作されるシフトレバーの位置(シフトポジション)SPを検出する。アクセル開度センサ8010は、アクセルペダルの開度(アクセル開度)ACCを検出する。ストロークセンサ8014は、ブレーキペダルのストローク量BSを検出する。これらのセンサは、検出結果をECU8000に出力する。
The
ECU8000は、これらのセンサからの検出結果に基づいて、バリアブルノズルの開度を調整するようにアクチュエータ370を制御する。さらに、ECU8000は、エンジン本体500のインジェクタを制御して燃料噴射量Qfinを調整したり、吸気絞り弁130を制御して吸入空気量GAを調整したりする。
さらに、ECU8000は、シフトポジションSPに対応させて、自動変速機600で形成される変速ギヤ段を自動制御する。ECU8000は、シフトポジションSPがD(ドライブ)ポジションに位置する場合、車速VSとアクセル開度ACCとから決定される変速線に基づいて、1速〜6速ギヤ段のうちのいずれかの変速ギヤ段が形成されるように、自動変速機600を制御する。また、ECU8000は、シフトポジションSPがN(ニュートラル)ポジションに位置する場合、自動変速機600をニュートラル状態(動力を伝達しない状態)に制御する。
Further,
図2に、バリアブルノズル式ターボチャージャであるターボチャージャ300の断面図を示す。図3(A)および(B)に、ターボチャージャ300におけるノズルベーン360が開いた状態の図を示す。図4(A)および(B)に、ターボチャージャ300におけるノズルベーン360が閉じた状態の図を示す。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of a
これらの図を参照して、ターボチャージャ300のノズル開度制御について説明する。タービン340側に設けられたノズルベーン360が、ノズル開度制御の対象である。タービンロータ350に排気ガスを導くタービン入口のガス通路には、複数(本実施の形態では13枚とする)の回動可能なノズルベーン360が設けられている。ノズルベーン360の間に形成されるバリアブルノズルの開度は、リンク390を介して駆動アーム382を回動せしめることによって調整されるようになっており、リンク390は、アクチュエータ370によってリフト量が制御されるロッド392に連結されている。
With reference to these drawings, nozzle opening control of the
ECU8000により制御されるアクチュエータ370からの駆動力は、ロッド392、リンク390、ユニゾンリング380、駆動アーム382の順に伝達される。アクチュエータ370の作用により、ロッド392が伸縮する。ロッド392から伝達された駆動力によりユニゾンリング380が回転する。ユニゾンリング380の回転により駆動アーム382がX点(図3参照)を軸に回転すると、駆動アーム382の裏側に配置されたノズルベーン360は、同じくX点を中心に回転する。これにより、タービン340に入力される排気ガスの流速や圧力を調整することができる。
The driving force from the
たとえば、エンジン低中速回転域においては、ノズル通路を絞り(ノズル開度を小さくし)排気ガスの流速を上げることにより、過給圧を増加させて、黒煙の低減およびトルクの向上を図る。一方、エンジン高速回転域においては、ノズル通路を開いて(ノズル開度を大きくし)排気圧力を下げることにより、燃費および出力の向上を図るとともにタービン340の過回転を防止する。
For example, in the engine low and medium speed rotation region, the nozzle passage is throttled (the nozzle opening is reduced) and the exhaust gas flow rate is increased to increase the supercharging pressure, thereby reducing black smoke and improving torque. . On the other hand, in the engine high-speed rotation range, the nozzle passage is opened (the nozzle opening is increased) to lower the exhaust pressure, thereby improving fuel consumption and output and preventing the
図2に示すように、ECU8000は、ノズルベーン360の目標開度(以下、単に「目標開度」ともいう)Vに対応した開度指令信号を、アクチュエータドライバ372に出力する。アクチュエータドライバ372は、目標開度Vに応じたロッド392の目標リフト量(目標位置)を設定し、アクチュエータ370から入力されるロッド392の実際のリフト量が目標リフト量となるように、アクチュエータ370のモータに駆動電流を供給する。
As shown in FIG. 2,
図5に、ノズルベーン360の目標開度Vとロッド392のリフト量との関係を示す。図5に示すように、ロッド392のリフト量は、目標開度Vが所定値V(1)より大きい領域(図5におけるV(1)よりも左側の領域)において、目標開度Vを減少させる場合(ノズルベーン360を閉じる場合)と目標開度Vを増加させる場合(ノズルベーン360を開く場合)とで異なる値となる。
FIG. 5 shows the relationship between the target opening degree V of the
また、目標開度Vが所定値V(1)より小さい領域(図5におけるV(1)よりも右側の領域)、すなわちノズルベーン360を全閉するときの全閉開度Vminから所定値V(1)までの領域においては、リフト量は最大値に維持される。なお、この領域では、実過給圧Pinは変化しない。以下の説明において、所定値V(1)と全閉開度Vminとの差を「VNヒス量」とも記載する。
Further, a region where the target opening V is smaller than the predetermined value V (1) (region on the right side of V (1) in FIG. 5), that is, the fully closed opening Vmin when the
図6に、本実施の形態に係る制御装置であるECU8000の機能ブロック図を示す。ECU8000は、入力インターフェイス8100と、演算処理部8200と、記憶部8300と、出力インターフェイス8400とを含む。
FIG. 6 shows a functional block diagram of
入力インターフェイス8100は、圧力センサ220からの実過給圧Pin、エンジン回転数センサ520からのエンジン回転数NE、車速センサ8002からの車速VS、ポジションスイッチ8006からのシフトポジションSP、アクセル開度センサ8010からのアクセル開度ACCを受信して、演算処理部8200に送信する。
The
記憶部8300には、各種情報、プログラム、しきい値、マップ等が記憶され、必要に応じて演算処理部8200からデータが読み出されたり、格納されたりする。
Various information, programs, threshold values, maps, and the like are stored in the
記憶部8300には、過渡制御許可上限値マップが記憶されている。この過渡制御許可上限値マップには、ノズルベーン360の目標開度Vを過渡的に急速に減少させて実過給圧Pinの立ち上がりを通常よりも早める制御(以下、「過渡制御」ともいう)を許可するエンジン回転域(以下、「過渡制御許可回転域」ともいう)の上限値が、変速ギヤ段ごとに記憶されている。すなわち、本実施の形態においては、1速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値NE(1)、2速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値NE(2)、3速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値NE(3)、4速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値NE(4)、5速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値NE(5)、6速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値NE(6)が記憶されている。
The
この過渡制御許可上限値NE(N)(NE(1)〜NE(6))は、各々が対応する変速ギヤ段における過給圧の立ち上がり特性(過給圧が急増し始めるときのエンジン回転数)に応じて設定される。具体的には、過給圧が急増し始めるエンジン回転数が高い変速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値は、過給圧が急増し始めるエンジン回転数が低い変速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値よりも、大きい値に設定される。 This transient control permission upper limit value NE (N) (NE (1) to NE (6)) is a boost characteristic of the boost pressure at each corresponding gear stage (engine speed when the boost pressure starts to increase rapidly). ). Specifically, the transient control permission upper limit value corresponding to the shift gear stage having a high engine speed at which the boost pressure starts to increase rapidly is the transient control corresponding to the shift gear stage having a low engine speed at which the boost pressure starts to increase rapidly. It is set to a value larger than the permitted upper limit value.
このように過渡制御許可上限値NE(N)を設定する理由は、過給圧の立ち上がり特性が変速ギヤ段ごとに異なることを考慮して、後述する過渡制御を許可するエンジン回転数域を変速ギヤ段ごとに最適に設定するためである。 The reason for setting the transient control permission upper limit NE (N) in this way is that the engine speed range in which the transient control described later is permitted is changed in consideration of the fact that the rising characteristic of the boost pressure differs for each transmission gear stage. This is to optimally set for each gear stage.
演算処理部8200は、目標過給圧算出部8210と、過渡状態判断部8220と、過渡制御許可判断部8230と、過渡制御部8240と、通常制御部8250とを含む。
目標過給圧算出部8210は、エンジン本体500の状態(たとえば、エンジン回転数NE、実過給圧Pin、燃料噴射量Qfinなど)に基づいて、目標過給圧Ptrgを算出する。
Target boost
過渡状態判断部8220は、上述した過渡制御が必要な状態であるか否かを判断する。過渡状態判断部8220は、目標過給圧Ptrgから実過給圧Pinを減じた値がしきい値を超えているか否かを判断し、しきい値を超えている場合に過渡制御が必要な状態であると判断する。
The transient
過渡制御許可判断部8230は、上述した過渡制御の許可条件が成立しているか否かを判断する。過渡制御許可判断部8230は、自動変速機600がニュートラル状態でないか否か、およびエンジン回転数NEが上述した過渡制御許可回転域に含まれるか否かを判断し、自動変速機600がニュートラル状態でなくかつエンジン回転数NEが過渡制御許可回転域に含まれる場合に、過渡制御の許可条件が成立していると判断する。
The transient control
過渡制御許可判断部8230は、記憶部8300に記憶された過渡制御許可上限値マップを参照して、自動変速機600で形成されている変速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値NE(N)を選択し、選択した過渡制御許可上限値NE(N)を過渡制御許可回転域の上限値に設定する。なお、過渡制御許可回転域の下限値は、アイドル回転数に設定される。すなわち、過渡制御許可回転域は、アイドル回転数よりも高くかつ過渡制御許可上限値NE(N)よりも低い領域である。
The transient control
過渡制御部8240は、過渡制御許可判断部8230によってエンジン回転数NEが上過渡制御許可回転域に含まれると判断された場合に、ノズルベーン360の過渡制御を実行する。具体的には、過渡制御部8240は、目標開度Vを通常目標開度VRから所定量を減じた値(過渡目標開度VT)に設定し、過渡目標開度VTに応じた開度指令信号をアクチュエータドライバ372に出力する。なお、通常目標開度VRとは、通常制御を行なう場合(過渡制御を行なわない場合)のノズルベーン360の目標開度Vである。
The
通常制御部8250は、過渡制御許可判断部8230によってエンジン回転数NEが上過渡制御許可回転域に含まれると判断されない場合に、ノズルベーン360の通常制御を実行する。具体的には、目標開度Vを通常目標開度VRに設定し、通常目標開度VRに応じた開度指令信号をアクチュエータドライバ372に出力する。
The
なお、本実施の形態において、目標過給圧算出部8210と、過渡状態判断部8220と、過渡制御許可判断部8230と、過渡制御部8240と、通常制御部8250は、いずれも演算処理部8200であるCPUが記憶部8300に記憶されたプログラムを実行することにより実現される、ソフトウェアとして機能するものとして説明するが、ハードウェアにより実現されるようにしてもよい。なお、このようなプログラムは記憶媒体に記録されて車両に搭載される。
In the present embodiment, target boost
図7を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるECU8000で実行されるプログラムの制御構造について説明する。なお、このプログラムは、予め定められたサイクルタイムで繰り返し実行される。
With reference to FIG. 7, a control structure of a program executed by
ステップ(以下、ステップをSと略す)100にて、ECU8000は、エンジン本体500の状態(たとえば、エンジン回転数NE、実過給圧Pin、燃料噴射量Qfinなど)に基づいて、目標過給圧Ptrgを算出する。
In step (hereinafter, step is abbreviated as S) 100,
S102にて、ECU8000は、目標過給圧Ptrgに基づいて、通常目標開度VRを算出する。
In S102,
S104にて、ECU8000は、目標過給圧Ptrgから実過給圧Pinを減じた値がしきい値を超えているか否かを判断する。なお、目標過給圧Ptrgから実過給圧Pinを減じた値がしきい値を超えている場合とは、上述したように、過渡的に目標開度Vを急速に減少させる必要がある場合である。目標過給圧Ptrgから実過給圧Pinを減じた値がしきい値を超えていると(S104にてYES)、処理はS106に移される。そうでないと(S104にてNO)、処理はS116に移される。
In S104,
S106にて、ECU8000は、自動変速機600がニュートラル状態でないか否かを判断する。自動変速機600がニュートラル状態でないと(S106にてYES)、処理はS108に移される。自動変速機600がニュートラル状態であると(S106にてNO)、処理はS116に移される。
In S106,
S108にて、ECU8000は、自動変速機600で形成されている変速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値NE(N)を算出する。ECU8000は、上述したように、記憶部8300に記憶された過渡制御許可上限値マップを参照して、変速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値NE(N)を算出する。
In S108,
S110にて、ECU8000は、エンジン回転数NEが上述した過渡制御許可回転域に含まれるか否か(すなわち、エンジン回転数NEが、アイドル回転数よりも高く過渡制御許可上限値NE(N)よりも低いか否か)を判断する。エンジン回転数NEが過渡制御許可回転域に含まれると(S110にてYES)、処理はS112に移される。そうでないと(S110にてNO)、処理はS116に移される。
In S110,
S112にて、ECU8000は、過渡目標開度VTを算出する。ECU8000は、通常目標開度VRから所定量を減じた値を、過渡目標開度VTとして算出する。なお、この所定量は、たとえば、上述したVNヒス量(図5参照)に設定される。
In S112,
S114にて、ECU8000は、ノズルベーン360の過渡制御を実行する。ECU8000は、ノズルベーン360の目標開度Vを過渡目標開度VTに設定し、過渡目標開度VTに応じた開度指令信号をアクチュエータドライバ372に出力する。
In S114,
S116にて、ECU8000は、ノズルベーン360の通常制御を実行する。ECU8000は、ノズルベーン360の目標開度Vを通常目標開度VRに設定し、通常目標開度VRに応じた開度指令信号をアクチュエータドライバ372に出力する。
In S116,
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置であるECU8000により制御される実過給圧Pinの変化について、図8を参照しつつ説明する。
A change in actual supercharging pressure Pin controlled by
N速ギヤ段で走行していた時刻t1にて、図8に示すように、目標過給圧Ptrgが急速に増加し始め、時刻t2にて、目標過給圧Ptrgから実過給圧Pinを減じた値がしきい値を超えた場合(S104にてYES)を想定する。 As shown in FIG. 8, the target boost pressure Ptrg starts to increase rapidly at time t1 when the vehicle is traveling in the N-speed gear stage, and at time t2, the actual boost pressure Pin is changed from the target boost pressure Ptrg. Assume that the reduced value exceeds the threshold value (YES in S104).
この場合、自動変速機600がニュートラル状態でないので(S106にてYES)、過渡制御許可上限値マップを参照して、N速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値NE(N)が算出される(S108)。
In this case, since
図8に示すように、時刻t2におけるエンジン回転数NEが過渡制御許可回転域(アイドル回転数よりも高く過渡制御許可上限値NE(N)よりも低い領域)に含まれるため(S110にてYES)、ノズルベーン360の過渡制御の実行が開始される(S112、S114)。これにより、ノズルベーン360の目標開度Vが急速に減少され、実過給圧Pinの立ち上がりが通常制御時(図8の二点鎖線参照)よりも早められる。
As shown in FIG. 8, engine speed NE at time t2 is included in the transient control permission rotation range (region higher than idle rotation speed and lower than transient control permission upper limit NE (N)) (YES in S110). ), The execution of the transient control of the
ここで、従来においては、過渡制御許可回転域の上限値が、変速段とは無関係に、過給圧が急増し始めるときのエンジン回転数が最も低い変速段に対応する許可上限値(図8のNEmin)に一律に設定していた。そのため、N速ギヤ段が、過渡制御許可回転域の上限値をNEminよりも増加させても過給圧が過剰増加しない変速段であっても、エンジン回転数NEがNEminに達した時刻t3にて過渡制御が不必要に制限されていた。そのため、図8の一点鎖線に示すように、時刻t3以降は、目標過給圧Ptrgに対する実過給圧Pinの追従性の向上が図られていない。 Here, conventionally, the upper limit value of the transient control permission rotation range is the permission upper limit value corresponding to the gear position having the lowest engine speed when the supercharging pressure starts to increase rapidly regardless of the gear position (FIG. 8). NEmin). For this reason, even if the N-speed gear stage is a shift stage in which the boost pressure does not increase excessively even if the upper limit value of the transient control permission rotational range is increased above NEmin, the engine speed NE reaches NEmin at time t3. Transient control was unnecessarily limited. Therefore, as shown by the one-dot chain line in FIG. 8, the follow-up performance of the actual boost pressure Pin with respect to the target boost pressure Ptrg is not improved after time t3.
これに対し、本実施の形態においては、過渡制御許可回転域の上限値が変速ギヤ段ごとに設定される。すなわち、N速ギヤ段での走行中においては、過渡制御許可回転域の上限値が、N速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値NE(N)に設定される。これにより、時刻t3においても過渡制御が不必要に制限されることなく過渡制御時間が長くなるので、時刻t3以降も目標過給圧Ptrgに対する実過給圧Pinの追従性を向上させることができる。これにより、実過給圧Pinを過剰増加させることなく、実過給圧Pinが目標過給圧Ptrgに達する時刻を、従来の時刻t5から時刻t4に短縮することができる。そのため、ターボの信頼性を保証しつつ車両の動力性能を向上させることができる。 On the other hand, in the present embodiment, the upper limit value of the transient control permission rotation range is set for each transmission gear stage. That is, during traveling at the N-speed gear stage, the upper limit value of the transient control permission rotation range is set to the transient control permission upper limit value NE (N) corresponding to the N-speed gear stage. As a result, the transient control time is lengthened without unnecessarily restricting the transient control at time t3, so that the followability of the actual boost pressure Pin with respect to the target boost pressure Ptrg can be improved after time t3. . Thereby, the time when the actual boost pressure Pin reaches the target boost pressure Ptrg can be shortened from the conventional time t5 to the time t4 without excessively increasing the actual boost pressure Pin. Therefore, the power performance of the vehicle can be improved while ensuring the reliability of the turbo.
以上のように、本実施の形態に係る制御装置によれば、エンジン回転数が過渡制御許可領域に含まれる場合に、実過給圧Pinの立ち上がりを通常よりも早める過渡制御が実行される。この過渡制御許可領域の上限値が、変速機で形成されている変速ギヤ段ごとに設定される。これにより、過給圧の立ち上がり特性が変速ギヤ段ごとに異なることを考慮して、過渡制御の許可領域を変速段ごとに最適に設定することができる。そのため、過給圧の過剰増加を抑制しつつ、過渡制御許可領域の上限値を一律に設定する場合に比べて車両の動力性能を向上させることができる。 As described above, according to the control device according to the present embodiment, when the engine speed is included in the transient control permission region, the transient control that makes the rise of the actual boost pressure Pin faster than usual is executed. The upper limit value of the transient control permission area is set for each transmission gear stage formed by the transmission. Accordingly, in consideration of the fact that the rising characteristic of the supercharging pressure differs for each gear position, the permission region for transient control can be set optimally for each gear position. Therefore, it is possible to improve the power performance of the vehicle as compared with the case where the upper limit value of the transient control permission region is uniformly set while suppressing the excessive increase in the supercharging pressure.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
100 エアクリーナ、110 エアフローメータ、120 インタクーラ、130 吸気絞り弁、140 吸気マニホールド、150 通路、160 排気マニホールド、220 吸気管圧力センサ、230 吸気管温度センサ、240 酸素センサ、300 ターボチャージャ、310 回転軸、320 コンプレッサ、330 コンプレッサブレード、340 タービン、350 タービンロータ、360 ノズルベーン、370 アクチュエータ(DCサーボモータ)、372 アクチュエータドライバ、380 ユニゾンリング、382 駆動アーム、390 リンク、392 ロッド、500 エンジン本体、510 温度センサ、520 エンジン回転数センサ、600 自動変速機、610 トルクコンバータ、700 触媒コンバータ、800 排気バイパス通路、900 ウェイストゲートバルブ(WGV)、8000 ECU、8002 車速センサ、8006 ポジションスイッチ、8010 アクセル開度センサ、8014 ストロークセンサ、8100 入力インターフェイス、8200 演算処理部、8210 目標過給圧算出部、8220 過渡状態判断部、8230 過渡制御許可判断部、8240 過渡制御部、8250 通常制御部、8300 記憶部、8400 出力インターフェイス。
100 air cleaner, 110 air flow meter, 120 intercooler, 130 intake throttle valve, 140 intake manifold, 150 passage, 160 exhaust manifold, 220 intake pipe pressure sensor, 230 intake pipe temperature sensor, 240 oxygen sensor, 300 turbocharger, 310 rotating shaft, 320 compressor, 330 compressor blade, 340 turbine, 350 turbine rotor, 360 nozzle vane, 370 actuator (DC servo motor), 372 actuator driver, 380 unison ring, 382 drive arm, 390 link, 392 rod, 500 engine body, 510
Claims (12)
前記制御装置は、
前記複数の変速段にそれぞれ対応するように設定された複数の許可上限値を記憶するための記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記複数の許可上限値のうち、前記変速機で形成されている変速段に対応する許可上限値を選択するための選択手段と、
エンジン回転数が前記選択手段によって選択された許可上限値を上限とする許可領域に含まれるか否かを判断するための判断手段と、
前記吸気の過給圧を変化させる場合、前記判断手段によって前記エンジン回転数が前記許可領域に含まれると判断されたときは判断されないときに比べて、前記吸気の過給圧の変化速度が大きくなるように、前記ノズルの開度を調整する前記アクチュエータを制御するための制御手段とを含む、ターボチャージャの制御装置。 A turbocharger control device mounted on a vehicle including an engine and a transmission having a plurality of shift stages, wherein the turbocharger includes a nozzle whose opening is adjusted by an actuator, and the nozzle guided by the nozzle A turbine driven by engine exhaust; and a compressor driven by the turbine to compress intake air of the engine;
The controller is
Storage means for storing a plurality of permitted upper limit values set to respectively correspond to the plurality of shift speeds;
Selecting means for selecting a permission upper limit value corresponding to a shift speed formed by the transmission among the plurality of permission upper limit values stored in the storage means;
Determination means for determining whether or not the engine speed is included in a permission region having an upper limit of the permission upper limit value selected by the selection means;
When changing the supercharging pressure of the intake air, the rate of change of the supercharging pressure of the intake air is greater than when the engine speed is determined not to be determined by the determining means. And a control unit for controlling the actuator for adjusting the opening degree of the nozzle.
前記制御手段は、前記吸気の実過給圧を前記算出手段によって算出された目標過給圧に変化させる場合、前記エンジンの回転数が前記選択された許可上限値よりも低いときは高いときに比べて、前記実過給圧を急速に前記目標過給圧に変化させるように、前記ノズルの開度を調整する、請求項1〜4のいずれかに記載のターボチャージャの制御装置。 The control device further includes a calculation unit for calculating a target boost pressure of the intake air based on the state of the engine,
When the control means changes the actual boost pressure of the intake air to the target boost pressure calculated by the calculation means, when the engine speed is lower than the selected permitted upper limit value, 5. The turbocharger control device according to claim 1, wherein an opening degree of the nozzle is adjusted so that the actual supercharging pressure is rapidly changed to the target supercharging pressure.
前記制御方法は、
前記複数の変速段にそれぞれ対応するように設定された複数の許可上限値を記憶する記憶ステップと、
前記記憶ステップで記憶された前記複数の許可上限値のうち、前記変速機で形成されている変速段に対応する許可上限値を選択する選択ステップと、
エンジン回転数が前記選択ステップで選択された許可上限値を上限とする許可領域に含まれるか否かを判断する判断ステップと、
前記吸気の過給圧を変化させる場合、前記判断ステップで前記エンジン回転数が前記許可領域に含まれると判断されたときは判断されないときに比べて、前記吸気の過給圧の変化速度が大きくなるように、前記ノズルの開度を調整する前記アクチュエータを制御する制御ステップとを含む、ターボチャージャの制御方法。 A control method performed by a control device for controlling a turbocharger mounted on a vehicle including an engine and a transmission having a plurality of shift stages, wherein the turbocharger includes a nozzle whose opening is adjusted by an actuator; A turbine driven by the exhaust of the engine guided by the nozzle, and a compressor driven by the turbine to compress the intake air of the engine;
The control method is:
Storing a plurality of permitted upper limit values set to respectively correspond to the plurality of shift speeds;
A selection step of selecting a permission upper limit value corresponding to a shift speed formed by the transmission among the plurality of permission upper limit values stored in the storage step;
A determination step of determining whether or not the engine speed is included in a permission region whose upper limit is the permission upper limit value selected in the selection step;
When changing the supercharging pressure of the intake air, the rate of change of the supercharging pressure of the intake air is greater than when the engine speed is determined to be included in the permission region in the determination step, compared to when it is not determined. And a control step of controlling the actuator that adjusts the opening of the nozzle.
前記制御ステップは、前記吸気の実過給圧を前記算出ステップで算出された目標過給圧に変化させる場合、前記エンジンの回転数が前記選択された許可上限値よりも低いときは高いときに比べて、前記実過給圧を急速に前記目標過給圧に変化させるように、前記ノズルの開度を調整する、請求項7〜10のいずれかに記載のターボチャージャの制御方法。 The control method further includes a calculation step of calculating a target boost pressure of the intake air based on the state of the engine,
In the control step, when the actual boost pressure of the intake air is changed to the target boost pressure calculated in the calculation step, when the engine speed is lower than the selected allowable upper limit value, The turbocharger control method according to any one of claims 7 to 10, wherein an opening degree of the nozzle is adjusted so that the actual supercharging pressure is rapidly changed to the target supercharging pressure.
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