JP2004027897A - Controlling device of turbo supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明はターボ過給機の制御装置、特に自動車用エンジンと組み合わせて用いる場合の過渡時の制御に関する。
【0002】
【従来の技術】
タービンの幾何学形状(ジオメトリ)を変え得るジオメトリ可変機構を備えるターボ過給機と、エンジンの回転速度及び負荷をパラメータとする目標過給圧のマップと、実際の過給圧を検出するセンサとを備え、エンジンの回転速度及び負荷に応じて目標過給圧を演算すると共に、センサにより検出される実際の過給圧がこの目標過給圧と一致するようにジオメトリ可変機構への制御量をフィードバック制御するようにしたものがある(特開平5−272345号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、タービンと同軸に配されるコンプレッサの効率は、図4に示したように横軸に修正流量Q*を、縦軸に圧力比を採って表される。周知のように吸気を圧縮するコンプレッサは、網がけした部分(正常運転域)の外側の領域(異常運転域)で運転すると、サージング、チョーキングあるいはタービンの過回転といった望ましくない現象が生じるため、異常運転域に入らないようにコンプレッサの運転点を定めなければならない。
【0004】
しかしながら、ターボ過給機が自動車用エンジンと組み合わせて用いられる場合には、アクセルペダルの急激な変化に伴って過渡的にコンプレッサの運転点が異常運転域に飛び込むことがあり、一時的ではあってもコンプレッサの異常運転が生じる。例えば発進急加速を行うためアクセルペダルを急激に踏み込むと、これに応じて燃料噴射量が増量され排気量(従って修正流量)が急激に大きくなる。このとき、ジオメトリ可変機構がタービンの可変ノズルであればノズル開度を大きくする(ターボ過給機の容量が増す側への制御量を与える)のであるが、このノズル開度を大きくする側への応答が遅れると、コンプレッサの運転点が図4で右方向や右上方へと移動し、チョーキングやタービンの過回転が生じる異常運転域へと飛び込んでしまう。
【0005】
また、高速定常運転時にアクセルペダルを戻して急減速した場合には、燃料噴射量が減量され排気量が急激に小さくなる。このとき、ジオメトリ可変機構がタービンの可変ノズルであればノズル開度を小さくする(ターボ過給機の容量が減る側への制御量を与える)のであるが、このノズル開度を小さくする側への応答が遅れると、コンプレッサの運転点が図4で左方向へと移動し、サージングが生じる異常運転域へと飛び込むことがある。
【0006】
この場合に、本願の発明者は、コンプレッサ効率を定めているパラメータ(図4でいえば横軸と縦軸の各パラメータ)を知ることができれば、そのパラメータに基づいてコンプレッサの運転点が異常運転域にあるか否かを判定できるのでないかと発想した。
【0007】
例えば図4において縦軸の修正流量Q*はコンプレッサを通過するガス流量Qをそのガス温度T1とガス圧力P1で補正した値であり、縦軸の圧力比は過給圧と大気圧の比である。従って、コンプレッサを通過する実ガス流量Qと実過給圧とを、コンプレッサの運転点が異常運転域にあるか否かを判定するための基本的パラメータとすればよいことがわかる。
【0008】
そこで本発明は、実過給圧とコンプレッサを通過する実ガス流量とに基づいてコンプレッサの過渡的な異常運転時であるか否かまたは過渡的な異常運転時の直前状態にあるか否かを判定し、コンプレッサの過渡的な異常運転時になるとあるいは過渡的な異常運転の直前で、ターボ過給機の容量が増大する側にジオメトリ可変機構に与える制御量を補正することにより、コンプレッサの過渡的な異常運転が行われることがあっても速やかに正常運転へと戻し、あるいはコンプレッサの過渡的な異常運転が行われる直前の正常運転にとどめることを目的とする。
【0009】
一方、ターボ過給機の効率はコンプレッサとタービンの各効率を合わせた総合効率であるから、ターボ過給機全体としてみるときには、タービン効率を表すパラメータをも考慮する必要がある。この場合、タービン効率は、通常、横軸に速度比、縦軸に効率を採って表されるため、コンプレッサとタービンの各効率を表すのに共通のパラメータはない。
【0010】
このため、ターボ過給機全体としてみたときにも、実過給圧とコンプレッサを通過する実ガス流量とを、ターボ過給機が過渡的な異常運転時であるか否かのパラメータとしてよいのかどうか、それとも他に最適なパラメータがあるのかどうかをパラメータを代えて実験してみたところ、実過給圧とコンプレッサを通過する実ガス流量とを、ターボ過給機全体として過渡的な異常運転時であるか否かのパラメータとしたときには、ターボ過給機全体としての異常運転域と正常運転域の境界が明瞭とならず、あいまいな部分が生じるのに対して、コンプレッサを通過する実ガス流量に代えて実排気流量を採用した場合、つまり実過給圧と実排気流量とをパラメータとしたときに、ターボ過給機全体としての異常運転域と正常運転域の境界を把握しやすいことが判明した。
【0011】
そこで本発明は、実過給圧と実排気流量とに基づいてターボ過給機の過渡的な異常運転時であるか否かまたは過渡的な異常運転時の直前状態にあるか否かを判定することにより、その判定精度を高めつつ、ターボ過給機の過渡的な異常運転時になると、あるいは異常運転の直前で、ターボ過給機の容量が増大する側にジオメトリ可変機構に与える制御量を補正することにより、ターボ過給機の過渡的な異常運転が行われることがあっても速やかに正常運転へと戻し、あるいはターボ過給機の過渡的な異常運転が行われる直前の正常運転にとどめることを目的とする。
【0012】
一方、上記従来装置では、発進急加速時には目標過給圧がステップ的に立ち上がり、この目標過給圧に対して実過給圧が追従するようにフィードバック制御を行うと、実過給圧が目標過給圧より大きくオーバーしてしまう、いわゆるオーバーシュート現象が生じるので、こうした発進急加速時であることを判定すると、過給圧のフィードバック制御を一時的に中断し、実過給圧が目標過給圧に達するよりも少し手前で可変ノズルに与える制御量を、ターボ過給機の容量が最大となる値へと変更している。
【0013】
この従来装置では実過給圧に基づいて発進急加速時であることや実過給圧が目標過給圧に達するよりも少し手前にあることを判定しているが、本発明のようにコンプレッサ効率やターボ過給機全体の効率に基づいて創出した技術でないので、コンプレッサを通過する実ガス流量や実排気流量が用いられることがない。このため、実過給圧のみをパラメータとしたのでは、コンプレッサを通過する実ガス流量や実排気流量如何によって異常運転域にもなり正常運転域にもなるので、コンプレッサやターボ過給機全体の過渡的な異常運転時であるか否かを精度良く判定することができない。
【0014】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、制御量を受けてタービンのジオメトリ(幾何学形状)を変え得るジオメトリ可変機構を備える可変容量ターボ過給機と、このジオメトリ可変機構への前記制御量を設定する制御量設定手段とを備えるターボ過給機の制御装置において、実過給圧とコンプレッサを通過する実ガス流量とに基づいてコンプレッサの過渡的な異常運転時であるか否かまたは過渡的な異常運転時の直前状態にあるか否かを判定する異常運転時判定手段と、この判定結果により吸気コンプレッサの過渡的な異常運転時または過渡的な異常運転時の直前状態で、ターボ過給機の容量が増大する側に前記制御量を補正する制御量補正手段とを備える。
【0015】
請求項2に記載の発明は、制御量を受けてタービンのジオメトリ(幾何学形状)を変え得るジオメトリ可変機構を備える可変容量ターボ過給機と、このジオメトリ可変機構への前記制御量を設定する制御量設定手段とを備えるターボ過給機の制御装置において、実過給圧と実排気流量とに基づいてターボ過給機の過渡的な異常運転時であるか否かまたは過渡的な異常運転時の直前状態にあるか否かを判定する異常運転時判定手段と、この判定結果によりターボ過給機の過渡的な異常運転時または過渡的な異常運転時の直前状態で、ターボ過給機の容量が増大する側に前記制御量を補正する制御量補正手段とを備える。
【0016】
請求項3に記載の発明は、制御量を受けてウェストゲートバルブの開度を変え得る一定容量ターボ過給機と、このウェストゲートバルブへの前記制御量を設定する制御量設定手段とを備えるターボ過給機の制御装置において、実過給圧とコンプレッサを通過する実ガス流量とに基づいて吸気コンプレッサの過渡的な異常運転時であるか否かまたは過渡的な異常運転時の直前状態にあるか否かを判定する異常運転時判定手段と、この判定結果により吸気コンプレッサの過渡的な異常運転時または過渡的な異常運転時の直前状態で、ウェストゲートバルブの開度が増大する側に前記制御量を補正する制御量補正手段とを備える。
【0017】
請求項4に記載の発明は、制御量を受けてウェストゲートバルブの開度を変え得る一定容量ターボ過給機と、このウェストゲートバルブへの前記制御量を設定する制御量設定手段とを備えるターボ過給機の制御装置において、実過給圧と実排気流量とに基づいてターボ過給機の過渡的な異常運転時であるか否かまたは異常運転時の直前状態にあるか否かを判定する異常運転時判定手段と、この判定結果により吸気コンプレッサの過渡的な異常運転時または過渡的な異常運転時の直前状態で、ウェストゲートバルブの開度が増大する側に前記制御量を補正する制御量補正手段とを備える。
【0018】
【発明の効果】
請求項1、3の発明によれば、コンプレッサ効率を表すパラメータである実過給圧とコンプレッサを通過する実ガス流量とに基づいてコンプレッサの過渡的な異常運転時であるか否かまたは過渡的な異常運転時の直前状態であるか否かを判定するようにしたので、その判定精度が向上し、この精度の良い判定結果により、コンプレッサの過渡的な異常運転時または過渡的な異常運転時の直前状態で、請求項1に記載の発明ではターボ過給機の容量が増大する側へと制御量を補正し、また請求項3に記載の発明ではウェストゲートバルブの開度が増大する側へと制御量を補正することで、コンプレッサの過渡的な異常運転が行われることがあっても速やかに正常運転へと戻し、あるいはコンプレッサの過渡的な異常運転が行われる直前の正常運転にとどめることができる。
【0019】
請求項2、4の発明によれば、ターボ過給機の総合効率を表すパラメータである実過給圧と実排気流量とに基づいてターボ過給機の過渡的な異常運転時であるか否かまたは過渡的な異常運転時の直前状態であるか否かを判定するようにしたので、その判定精度が向上し、この精度の良い判定結果により、ターボ過給機の過渡的な異常運転時または過渡的な異常運転時の直前状態で、請求項2に記載の発明ではターボ過給機の容量が増大する側へと制御量を補正し、また請求項4に記載の発明ではウェストゲートバルブの開度が増大する側へと制御量を補正することで、ターボ過給機の過渡的な異常運転が行われることがあっても速やかに正常運転へと戻し、あるいはターボ過給機の過渡的な異常運転が行われる直前の正常運転にとどめることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明の一実施形態のエンジンの概略構成を示している。
【0021】
排気通路2と吸気通路3のコレクタ部3aとを結ぶEGR通路4に、圧力制御弁(図示しない)からの制御圧力に応動するダイヤフラム式のEGR弁6を備えている。圧力制御弁は、エンジンコントローラ31からのデューティ制御信号により駆動されるもので、これによって運転条件に応じた所定のEGR率を得るようにしている。
【0022】
エンジンにはコモンレール式の燃料噴射装置10を備える。この燃料噴射装置10は、主に燃料タンク(図示しない)、サプライポンプ14、コモンレール(蓄圧室)16、気筒毎に設けられるノズル17からなり、サプライポンプ14により加圧された燃料は蓄圧室16にいったん蓄えられたあと、蓄圧室16の高圧燃料が気筒数分のノズル17に分配される。
【0023】
ノズル17(燃料噴射弁)は、針弁、ノズル室、ノズル室への燃料供給通路、リテーナ、油圧ピストン、リターンスプリングなどからなり、油圧ピストンへの燃料供給通路に介装される三方弁(図示しない)が介装されている。三方弁(電磁弁)のOFF時には、針弁が着座状態にあるが、三方弁がON状態になると針弁が上昇してノズル先端の噴孔より燃料が噴射される。つまり三方弁のOFFからONへの切換時期により燃料の噴射開始時期が、またON時間により燃料噴射量が調整され、蓄圧室16の圧力が同じであればON時間が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。
【0024】
EGR通路4の開口部下流の排気通路2に、排気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン22と吸気を圧縮するコンプレッサ23とを同軸で連結した可変容量ターボ過給機21を備える。タービン22のスクロール入口に、アクチュエータ25により駆動される可変ノズル24(ジオメトリ可変機構)が設けられ、エンジンコントローラ31により、可変ノズル24は低回転速度域から所定の過給圧が得られるように、低回転速度側ではタービン22に導入される排気の流速を高めるノズル開度(傾動状態)に、高回転速度側では排気を抵抗なくタービン22に導入させノズル開度(全開状態)に制御する。
【0025】
上記のアクチュエータ25は、制御圧力に応動して可変ノズル26を駆動するダイヤフラムアクチュエータ26と、このダイヤフラムアクチュエータ26への制御圧力を調整する圧力制御弁27とからなり、可変ノズル24の実開度が目標ノズル開度となるように、デューティ制御信号が作られ、このデューティ制御信号が圧力制御弁27に出力される。
【0026】
アクセルセンサ32、エンジン回転速度とクランク角度を検出するセンサ33、水温センサ34、エアフローメータ35、過給圧センサ36からの信号が入力されるエンジンコントローラ31では、これらの信号に基づいて目標EGR率と目標過給圧とが得られるようにEGR制御と過給圧制御を協調して行う。
【0027】
ここでは、本出願人と同一の出願人が先に提案している先願装置(特開2002−115551号公報参照)に対して本願発明を適用した場合で述べると、図2は先願装置の概略的な構成をブロック図として示している。
【0028】
図では、例えば10msec毎に訪れる演算タイミングで、42から55までの総てのブロックが矢印の順に従って一瞬のうちに演算を終了する。
【0029】
概説すると、図2において目標EGR率演算部42では、エンジン回転速度Ne[rpm]と目標燃料噴射量Qsol[mm3/st.cyl]とから目標EGR率Megrを演算する。
【0030】
上記の目標燃料噴射量Qsolは基本的にエンジン回転速度とアクセル開度により定まる値である。ここでは、目標燃料噴射量Qsolは負荷を代表する変数である。従って、Qsolに代えて、アクセル開度、エンジントルク等を用いることができる。
【0031】
上記の目標EGR率Megrの値は、エンジン暖機完了後であれば、Neが一定のときQsolが大きくなるほど、またQsolが一定のときNeが大きくなるほど小さくなる。
【0032】
なお、EGR制御部55ではこのMegrに基づいてEGR制御を行うのであるが、この部分は本発明とは直接に関係しないので、詳細な説明は省略する。
【0033】
遅れ処理部43ではこのようにして求めた目標EGR率Megrと、Kin×KVOLとを用い、
Megrd=Megr×KIN×KVOL×Ne×KE2#
+Megrdn−1×(1−KIN×KVOL×Ne×KE2#)…(1)
ただし、KIN:体積効率相当値、
KVOL:VE/NC/VM、
VE:排気量、
NC:気筒数、
VM:吸気系容積、
KE2#:定数、
Megrdn−1:前回のMegrd、
の式で遅れ処理と単位変換(1シリンダ当たり→単位時間当たり)を同時に行って吸気弁位置におけるEGR率Megrd[%]を演算する。
【0034】
ここで、(1)式右辺のKINとKVOLとは後述する(6)式で説明するように、コレクタ入口から吸気弁までの吸気の応答遅れを表すのに必要となる値で、EGR率の変化もこれに合わせたものである。KIN、KVOLは後述する(6)、(7)式でも出てくるが、同じ値であるので、その説明を後述する(6)、(7)式では省略する。
【0035】
上記(1)式右辺のNe×KE2#は単位変換のための値である。目標EGR率Megrに対してこのMegrdは一次遅れで応答するため、実EGR率を表す。
【0036】
目標吸入空気量演算部44では、EGRの作動域とEGRの非作動域とで演算方法を異ならせて目標吸入空気量tQac[mg/st.cyl]を演算している。すなわち、EGRの非作動域ではエンジン回転速度Neと目標燃料噴射量Qsolとがパラメータとなり、tQacの値は、Neが一定であるときQsolが大きくなるほど大きくなる。Neには依存する割合が小さいが、Qsolが一定であるときNeが大きくなるほど徐々に小さくなる。
【0037】
一方、EGRの作動域になると、実EGR率Megrdと回転速度Neとがパラメータとなり、tQacの値はNeが一定であるときQsolが大きくなるほど大きくなる。
【0038】
目標排気量演算部45では、目標吸入空気量tQacと目標燃料噴射量Qsolとから、
tQexh=(tQac+Qsol×GKQFVNT#)×Ne/KCON#…(2)
ただし、GKQFVNT#:換算係数、
KCON#:定数、
の式により目標排気量tQexh[g/sec]を演算する。これは、Qsolの燃料が燃焼して排気になる分と目標吸入空気量tQacの合計が排気流量となるとみなすものである(温度の上昇を無視する)。ここで、Qsolの単位は[mm3/st.cyl]であるため、これに換算係数GKQFVNT#[mm3/mg]を乗算することによって、tQexhの単位をtQac[mg/st.cyl]と同じ単位に変換し、さらにNe/KCON#を乗算することにより、[mg/st.cyl]を[g/sec]へと変換している。
【0039】
目標開口割合演算部46では、EGRの作動域とEGRの非作動域とで演算方法を異ならせて、また排気温度補正と異常運転時補正とを行って可変ノズル24の目標開口割合Rvnt[%]を演算する。このRvntの演算については図3により詳述する。
【0040】
ここで、可変ノズル24の目標開口割合とは、可変ノズル24の全開時のノズル面積に対する現在のノズル面積の比に100を掛けてパーセント表示にした値である。従って、可変ノズル24の全開時に開口割合は100%、全閉時に開口割合は0%になる。実施形態のターボ過給機21は、可変ノズル24の全開時に過給圧が最も小さく、可変ノズル24の全閉時に過給圧が最も高くなるタイプのものであるため、開口割合が小さいほどターボ過給機の容量が小さくなり、過給圧が高くなる。
【0041】
進み処理部47では、目標開口割合Rvntに対し、過給機21及び吸排気の応答遅れを考慮した進み処理を行う(アクチュエータ25そのもの応答遅れを考慮した進み処理は、後述する進み処理部53で行う)。例えば、進み補正の時定数相当値Tcvntと目標開口割合Rvntとを用いて、
Cavnt=Rvnt×Tcvnt+Cavntn−1×(1−Tcvnt)…(3)
ただし、Cavntn−1:前回のCavnt、
の式により予想開口割合Cavnt[%]を演算し、この値と目標開口割合Rvntとから、
Avnt f=Gkvnt×Rvnt−(Gkvnt−1)×Cavntn−1…(4)
ただし、Gkvnt:進み補正ゲイン、
Cavntn−1:前回のCavnt、
の式により進み補正を行い、目標開口割合のフィードフォワード量Avnt f[%]を演算する。
【0042】
ここで、(3)式の進み補正の時定数相当値Tcvntと(4)式の進み補正ゲインGkvntとは、可変ノズル24を開く側に動かしているときと、可変ノズル24を閉じる側に動かしているときとで異なるテーブルを検索して求めている。
【0043】
次に、ブロック48〜52は、実吸入空気量が目標吸入空気量と一致するように開口割合のフィードバック制御を行う部分である。
【0044】
まずシリンダ吸入空気量演算部48ではエンジン回転数Ne[rpm]とエアフローメータ35出力(図では「AFM出力」で略記)より得られる吸入空気流量Qas0とから、
Qac0=(Qas0/Ne)×KCON#…(5)
ただし、KCON#:定数、
の式によりエアフローメータ35位置での1シリンダ当たりの吸入空気量Qac0を演算し、これにエアフローメータ35からコレクタ部3aまでの輸送遅れ(無駄時間)分の処理を行ってコレクタ入口部位置における1シリンダ当たりの吸入空気量Qacnを求め、このQacnに対して、
Qac=Qacn×KIN×KVOL
+Qacn−1×(1−KIN×KVOL)…(6)
ただし、Qacn−1:前回のQac、
の式(一次遅れの式)により吸気弁位置における1シリンダ当たりの吸入空気量(この吸入空気量を以下「シリンダ吸入空気量」という。)Qac[mg/st.cyl]を演算する。(6)式はコレクタ入口から吸気弁までの吸気の応答遅れを表したものである。このシリンダ吸入空気量Qacは目標吸入空気量tQacとの関係では実吸入空気量を表す。
【0045】
遅れ処理部49では、目標吸入空気量tQacから、
tQacd=tQac×KIN×KVOL×KQA#
+tQacdn−1×(1−KIN×KVOL×KQA#)…(7)
ただし、KQA#:定数、
tQacdn−1:前回のtQacd、
の式(一次遅れの式)により目標吸入空気量遅れ処理値tQacdを演算し、減算部50でシリンダ吸入空気量Qacとこの目標吸入空気量遅れ処理値tQacdの差を制御誤差Eqacとして、つまり
Eqac=Qac−tQacd…(8)
の式により制御偏差Eqacを算出する。
【0046】
そして、開口割合フィードバック量演算部51ではこの制御誤差Eqacに基づいて開口割合のフィードバック量Avnt fbを演算する。例えば、制御偏差Eqacから
Ravfbp=Gkvntp×Eqac…(9)
ただし、Gkvntp:比例ゲイン、
の式により比例補正値Ravfbpを、また
Ravfbi=Ravfbin−1+Gkvnti×Eqac…(10)
ただし、Gkvnti:積分ゲイン、
Ravfbin−1:前回のRavfbi、
の式により積分補正値Ravfbiを演算し、これらの和を開口割合のフィードバック量Avnt fbとして算出し、加算部52では上記の目標開口割合のフィードフォワード量Avnt fに、このようにして求めたフィードバック量Avnt fbを加算した値を指令開口割合Avntとして算出する。
【0047】
一般的なフィードバック制御であれば、制御偏差は実吸入空気量としてのQacと目標吸入空気量tQacとの差を用いるところであるが、ここでは、上記(8)式のように制御偏差Eqacとして目標吸入空気量tQacに代えて目標吸入空気量遅れ処理値tQacdを採用している。これは、可変ノズル24を備えるターボ過給機のように無駄時間および応答の時定数がともに大きな制御対象(図8参照)であっても、現代制御などの複雑な制御を行うことなく簡単な方法で、過渡時の過給圧制御の安定性と応答性の両立を可能としたものである。すなわち、可変ノズル24を備えるターボ過給機に対して、シリンダ吸入空気量Qacが目標吸入空気量tQacと一致するように通常のPI制御を行ったとき、tQacからの乖離が大きい領域で積分補正値が溜まり、その積分補正値により実際値としてのシリンダ吸入空気量Qacが振動してしまうのであるが、tQacに代えてtQacdを用いれば、QacのtQacdからの差がtQacからの差よりも小さくなる分だけ上記(10)式により演算される積分補正値が溜まることが抑制され、フィードバックゲインを大きくすることができる。これによって実際値(Qac)を過渡時に振動させることなく目標値(tQacd)へと速やかに収束させることができる。
【0048】
進み処理部53では、アクチュエータ25の応答遅れを考慮した進み処理を行う。例えば、アクチュエータ進み補正の時定数相当値Tcactと指令開口割合Avntとを用いて、
Cvact=Avnt×Tcact+Cvactn−1×(1−Tcact) …(11)
ただし、Cvactn−1:前回のCvact、
の式により予想開口割合Cvactを演算し、この値と指令開口割合Avntとから、
Trvnt=Gkact×Avnt−(Gkact−1)×Cvactn−1…(12)
ただし、Gkact:アクチュエータ進み補正ゲイン、
Cvactn−1:前回のCvact、
の式により進み補正を行い、最終指令開口割合Trvntを演算する。
【0049】
ここで、(11)式のアクチュエータ進み補正の時定数相当値Tcactと(12)式のアクチュエータ進み補正ゲインGkactとは、可変ノズル24を開く側に動かしているときと、可変ノズル24を閉じる側に動かしているときとで異なる値(一定値)を用いる。
【0050】
制御指令デューティ値設定部54では最終指令開口割合Trvntに対して線型化処理を行って指令開口割合線型化処理値Ratdtyを求め、このRatdtyに対してヒステリシス処理と温度補正を行って指令デューティ値基本値Dty hを求め、このDty hに対してさらに動作確認制御を行って制御指令デューティ値Dtyvntを求めている。
【0051】
ここで、線型化処理は、開口割合に対して、アクチュエータへの指令信号(デューティ値)が非線型な特性を有する場合に必要となるものである。ヒステリシス処理は、開口割合が増加傾向にあるときと減少傾向にあるときとでデューティ値が異なる場合に必要となるものである。さらに温度補正は、開口割合とデューティ値との関係が雰囲気温度の影響を受けて変化する場合に必要となるものである。
【0052】
図3は図2の目標開口割合演算部46の詳細ブロック図である。
【0053】
まず目標開口割合基本値演算部61では、EGRの作動域と非作動域に分け、EGRの作動域では目標排気量tQexhと目標EGR率MegrとからEGR作動域の目標開口割合基本値Rvnt0を、またEGRの非作動域では目標排気量tQexhと目標燃料噴射量QsolとからEGR非作動域の目標開口割合基本値Rvnt0を演算する。
【0054】
EGRの作動域ではRvnt0は、tQexhが一定のときMegrが大きくなるほど小さくなる値である。これはEGR率が大きくなるとそのぶん新気が減り、これによって空燃比がリッチ側に傾くとスモークが発生するので、Megrが大きくなるほどRvnt0を小さくして過給圧を高める必要があるからである。また、Megrが一定のときtQexhが大きくなるほどRvnt0の値は大きくなる。
【0055】
EGRの非作動域ではRvnt0は、Qsolが一定のときtQexhが比較的大きな領域で大きくなる値である。また、この領域でtQexhを一定としたときQsolが大きくなるほど大きくなる値である。
【0056】
このように、先願装置と同様にして、目標開口割合基本値演算部61で可変ノズル24の目標開口割合の基本値Rvnt0を演算するのであるが、本発明では、
1)目標開口割合基本値に対する排気温度補正を行う補正部分と
2)目標開口割合に対する異常運転時補正を行う補正部分と
を新たに追加して設けている。
【0057】
まず上記1)の補正部分は負荷補正値演算部62と加算部63とからなっている。すなわち負荷補正値演算部62では目標燃料噴射量Qsolと目標排気流量tQexhとから目標開口割合の負荷補正値TRAVQFを演算し、加算部63ではこの負荷補正値TRAVQFを目標開口割合基本値Rvnt0に加算した値を可変ノズル24の目標開口割合Rvnt1として算出する。
【0058】
負荷補正値を演算するためのパラーメータとして目標燃料噴射量Qsolを用いているが、これは排気温度の代用値である(Qsolが大きくなるほど排気温度が上昇する)。すなわち、負荷補正値は排気温度の違いを考慮したものである。ターボ効率(コンプレッサ効率とタービン効率を合わせた総合効率)は排気量だけでなく排気温度の影響をも大きく受けるところ、目標開口割合基本値Rvnt0を演算するためのパラメータに排気量しか用いていないので、排気温度の違いに応じることができない。例えば、Rvnt0を低負荷側での排気温度に対してマッチングしている場合に、高負荷となって実際の排気温度がRvnt0のマッチングに使用した排気温度より高くなると、その温度差の分だけターボ効率が上昇して過給圧が高くなるため目標の過給圧を超えて、いわゆるオーバーブーストになる可能性がある。そこで、負荷補正値(正の値)によりその温度差に伴うターボ効率の上昇分だけ開口割合が大きくなる側(過給圧が低下する側)に補正すると、高負荷になってもオーバーブーストを防止できるのである。言い換えると、先願装置におけるターボ過給機21の使用域は、実際には図4において正常運転域の全域でなく、修正流量が小さくかつ圧力比が小さい側の一部領域に過ぎなかったのであるが、本発明では、正常運転域の全域を使用することにしている。このため、修正流量が大きくかつ圧力比が大きな領域を新たな使用域とするときには、それまで使用していた使用域との排気温度の違いを考慮する必要があるため、排気温度補正を導入したものである。
【0059】
上記2)の補正部分は実過給圧演算部64、実排気量演算部65、異常運転時補正量基本値演算部66及び加算部70からなる基本的補正部分と、減算部67、異常運転時補正係数演算部68及び乗算部69からなる補助的補正部分とに分かれている。
【0060】
ここで、基本的補正部分は、実過給圧と実排気量に基づいてターボ過給機の過渡的な異常運転であることを判定したときにこの基本値Rvnt0を可変ノズル24の開口割合が増す側(ターボ過給機の容量が増大する側)に補正する部分である。補助的補正部分は、レーシング時への対策として設けたものである。
【0061】
以下詳述すると、実過給圧演算部64では過給圧センサ36の信号から実過給圧Pmを演算する。
【0062】
実排気量演算部65ではシリンダ吸入空気量Qacと目標燃料噴射量Qsolとから、
Qexh=(Qac+Qsol×GKQFVNT#)×Ne/KCON#…(13)
ただし、GKQFVNT#:換算係数、
KCON#:定数、
の式により実排気量Qexh[g/sec]を演算する。(13)式は上記(2)式と同じ式である。
【0063】
異常運転時補正量基本値演算部66ではこの実排気量Qexhと実過給圧Pmとから図5を内容とするマップを検索することにより、異常運転時補正量基本値TRAVOB0[%](制御量の補正値)を演算する。
【0064】
この基本値TRAVOB0は、ターボ過給機全体としての運転点が異常運転域に飛び込んだとき速やかに正常運転域へと戻すようにするためのものである。
【0065】
コンプレッサ23の正常運転域、異常運転域は図4に示す特性から定まっている。すなわち、図4は横軸を修正流量、縦軸を圧力比とするコンプレッサ効率の特性で、網掛けの部分が正常運転域、その外側の部分が、サージ、チョーク、タービン過回転の生じる異常運転域である。
【0066】
コンプレッサ23は網掛けした正常運転域で運転する必要があるが、過渡的には正常運転域の外側の異常運転域へと飛び込む。例えば過渡的に可変ノズル24の開口割合を大きくするのが遅れるとコンプレッサを通過する実ガス流量Qが大きくなりチョーキングが生じる。こうしたチョーキングに限らず、サージやタービン過回転の場合にも、正常運転域へと戻すには、過給圧が低下する側(可変ノズル24の開口割合が増大する側)に補正してやればよい。
【0067】
つまり、補正域は異常運転域の全域である。図4の横軸の修正流量Q*はコンプレッサ23を通過する実ガス流量Qをそのガス温度T1とガス圧力P1(C1、C2は定数)で補正した値であるので、コンプレッサ23を通過する実ガス流量Qとして、シリンダ吸入空気量Qacを用いることができる。一方、図4の縦軸の圧力比は実過給圧Pmと大気圧Paの比であり、大気圧Paはそれほど大きく変わる値でないので、とりあえずは実過給圧Pmだけを考えればよい。従って、シリンダ吸入空気量Qacと実過給圧Pmとをパラメータとしてコンプレッサ23の運転点が異常運転域にあるかどうかを判定できる。
【0068】
実際にはターボ過給機の効率は、コンプレッサ効率とタービン効率を合わせた総合効率であるから、ターボ過給機全体として異常運転域にあるか否かについて考えるときには、コンプレッサ23のみを考えれば済むものでなく、タービン22をも考慮する必要がある。このため、ターボ過給機全体としてどんなパラメータを用いれば異常運転域であるか否かの判定に最適となるのかを実験してみたところ、上記Qacに代えて実排気量Qexhを用いた方が、つまり実過給圧Pmと実排気量Qexhとをパラメータとして用いたとき、ターボ過給機全体として異常運転域にあるか否かを把握しやすいことが判明した。
【0069】
そこで本発明は、図5のように実排気量Qexh[g/sec]と実過給圧Pmとをパラメータとしてターボ過給機全体として異常運転域にある否かを判定する。すなわち、図5において中央の領域が正常運転域、その外側のわずかな領域が異常運転域である。正常運転域では補正量を与える必要がないので、補正量基本値TRAVOB0はゼロであり、これに対して異常運転域に対しては正の値が入っている。さらに実過給圧と実排気流量とから定まるターボ過給機の運転点が正常運転域から離れるほどTRAVOB0の値は大きくなる。
【0070】
後述するようにこの補正量基本値TRAVOB0は上記の可変ノズルの目標開口割合Rvnt1に加算されるため、正の補正量基本値TRAVOB0により可変ノズル24の開口割合が大きくなる側(過給圧が低下する側)へと補正される。
【0071】
なお、図5からは正常運転域と異常運転域の境界が明瞭であるかのように読み取れるが、実際にはそうでなく、推定により求めた境界でしかない。図5において縦軸の実過給圧に代えて、圧力比や実排気圧を用いてもよい。また、図5において最大流量と上限過給圧とで囲われた領域のうち、正常運転域が閉める割合はエンジンとターボ過給機の組み合わせ如何で異なってくることはいうまでもない。
【0072】
減算部67では実吸入空気量としてのシリンダ吸入空気量Qacと目標吸入空気量tQacとの差(Qac−tQac)を求め、異常運転時補正係数演算部68ではこの差から図6を内容とするテーブルを検索することにより、異常運転時補正係数KTRAVOBを演算する。
【0073】
補正係数KTRAVOBは、レーシングに対処するために導入したものである。レーシングとは、アクセルペダルを踏み込んで離し、踏み込んで離しを繰り返す動作のことである。このときのtQacの動きは、たとえば一定周期のサインカーブを、またQacの動きはこのサインカーブに対して位相遅れをもったサインカーブを思えばよく、QacのtQacに対する位相遅れによりQacのtQacからの差はサインカーブの振幅と一致するとき最大となる。このように、QacがtQacより離れて大きくなることは実過給圧が目標を超えて高すぎる事態になることを意味する。すなわち、このときにもターボ過給機21の運転点が異常運転域へと飛び込む可能性がある。
【0074】
そこで、図6に示したようにQac−tQacの値が大きい領域では、補正係数KTRAVOBとして1.0より大きな値(例えば1.2程度)を与えて可変ノズル24の開口割合が大きくなる側(過給圧が低下する側)に補正する。
【0075】
なお、図6においてQac−tQacの値が所定値A以下の領域では補正係数KTRAVOBが1.0となる領域(不感帯)を設けている。
【0076】
ここで、
誤差割合[%]=(Qac/tQac−1)×100…(14)
の式により誤差割合を定義したとき、所定値Aは誤差割合が20%程度になるように定める。20%未満で補正しない(補正係数KTRAVOB=1.0)としたのは、開口割合のフィードバック制御との干渉を避けるためである。すなわち、上記開口割合のフィードバック量Avnt fbは(14)式の誤差割合が±10%の範囲で働くように制限しているので、(14)式の誤差範囲が0〜10%の範囲でも正の値の補正係数KTRAVOBを与えたのでは、フィードバック制御と干渉してしまうからである。
【0077】
乗算部69ではこのようにして演算した異常運転時補正係数KTRAVOBを異常運転時補正量基本値TRAVOB0に乗算した値を異常運転時補正量TRAVOBとして算出し、加算部70では上記の目標開口割合Rvnt1にこの異常運転時補正量TRAVOBを加算した値を目標開口割合Rvntとして算出する。
【0078】
ここで本実施形態の作用を図7を参照しながら説明する。図7は例えば60km/hの一定速走行状態からt1のタイミングでアクセルペダルを踏み増しして加速を行いt2のタイミングで100km/hに達したのでアクセルペダルを戻して再び一定速走行に移った場合(ただし変速機のギヤは4速固定とする)のアクセルペダル、車速、過給圧、可変ノズル24の最終指令開口割合Trvntの各変化をモデル的に示している。
【0079】
なお、最下段において、t1からt2までを定常的にゆっくりと変化させたときの、先願装置による最終指令開口割合Trvntの変化を、比較のため実線で示す。可変ノズル24の開口割合を過渡的にこのように変化させることは実際には不可能である。
【0080】
図7第1段目、第2段目のようにアクセルペダルと車速が変化する過渡時に本実施形態によれば最終指令開口割合Trvntが最下段の一点鎖線のように変化する。
【0081】
すなわち、t1でアクセルペダルを踏み増しすると、第3段目のように目標過給圧(実線参照)がステップ的に立ち上がり、その一方でアクセルペダルの踏み増しにより燃料増量されて排気量が大きくなり、この排気量を受けてタービン回転が上昇するため実過給圧Pm(破線参照)が高くなって目標値を追いかける。
【0082】
この動きは目標過給圧を目標吸入空気量tQacに、実過給圧Pmをシリンダ吸入空気量Qacに置き換えても同じである。これは、もともと目標過給圧が得られるように目標吸入空気量tQacを定めているからである。従って、t1で目標吸入空気量tQacがステップ的に立ち上がり、この目標値を実際値としてのシリンダ吸入空気量Qacが追いかける。
【0083】
このときのシリンダ吸入空気量Qacの応答遅れを補償するため進み処理が働く。これは、図2の進み処理部47及び53が担当する。このため、最終指令開口割合Trvntがステップ的に小さくなり、その後にゆっくりと大きくなる側に戻される。この進み処理で排気量は同じでもタービン回転が上昇するため実過給圧(Qac)が急上昇してゆく(第3段目参照)。
【0084】
この場合に、可変ノズル24に開口割合が大きくなる側への応答遅れがあると、実過給圧Pmが急上昇してターボ過給機21の運転点が異常運転域へと飛び込み、チョーキングやタービン過回転が生じるのであるが、本実施形態によれば、実過給圧Pmを過給圧センサ36によりモニターし、かつ実排気量Qexhを演算しており、従って過給圧センサ36により検出される実過給圧Pmと実排気量Qexhとに基づいてターボ過給機21の運転点が異常運転域に飛び込んだか否かが判定される。そして、ターボ過給機21の運転点が異常運転域に飛び込んだことが判定されたときには目標開口割合Rvnt1が大きくなる側に補正され、従って先願装置の場合よりもこの補正量の分だけ最終指令開口割合Trvntが大きくなる側に移動し、これによりターボ過給機21の運転点が速やかに正常運転域へと戻される。この異常運転時の補正は図3の異常運転時補正量基本値演算部66及び加算部70が担当している。
【0085】
なお、図5にはターボ過給機の異常運転域のみで補正量基本値TRAVOB0を与えるように構成しているので、上記のようにターボ過給機21の運転点がその異常運転域に飛び込んだとき補正が働くことになっている。従って、図7の第3段目では実過給圧が目標過給圧を超えるはずであるが、超えては描いてない。
【0086】
これは、実際にはターボ過給機の異常運転域の近傍(つまり異常運転域近傍の正常運転域)に対しても、正の値の補正量基本値TRAVOB0を与えているためで、このとき異常運転域の近傍の正常運転域で既に補正が働き始めるため、ターボ過給機の過渡的な異常運転となることを未然に防ぐことができる。この結果が、第3段目に示したように実過給圧Pmが目標過給圧に近づいていくものの、目標過給圧を超えていないことに現れている。
【0087】
そして、実過給圧は目標過給圧に接近したあとは、緩やかに目標過給圧から離れて低下してゆく。このとき実吸入空気量としてのQacが目標吸入空気量遅れ処理値tQacdに近づき、誤差割合が±10%以内になると、今度は開口割合のフィードバック制御が働き、Qacを目標吸入空気量遅れ処理値tQacdへと(従って実過給圧Pmを目標過給圧へと)速やかに収束させる。このフィードバック制御は図2のシリンダ吸入空気量演算部48、遅れ処理部49、減算部50、開口割合フィードバック量演算部51、加算部52が担当する。
【0088】
フィードバック制御においては、目標値として目標吸入空気量tQacを用いたときには、実過給圧が目標過給圧に近づいた後の、QacのtQacへの追従性が悪くて実過給圧が目標過給圧を外れて大きく落ち込み、スモークやノック音の原因となるのであるが、本実施形態では目標吸入空気量tQacに代えてその遅れ処理値tQacdを用いているので、追従性が改良され、これにより実過給圧が目標過給圧に接近したあとに目標過給圧から離れて低下してゆく過程でも大きくは落ち込んでいない。
【0089】
また、t2のタイミングでアクセルペダルが戻されるときにも目標過給圧がステップ的に小さくなり、この目標過給圧を応答遅れを持って実過給圧Pmが追いかけるが、このときの実過給圧(従ってシリンダ吸入空気量Qac)の応答遅れを補償するため進み処理が働く。これは、図2の進み処理部47及び53が担当する。
【0090】
このように、本実施形態では、アクセルペダルを踏み増ししての加速時に本実施形態の採用する進み処理とフィードバック制御により、目標過給圧(あるいは目標吸入空気量)への追従性を良好に保ちつつ、本発明で追加した異常運転時補正によりターボ過給機21の異常運転を積極的に回避できることになった。
【0091】
ターボ過給機21の運転点が過渡的に異常運転域に飛び込む場合は加速時に限らず、本実施形態(請求項2に記載の発明)によれば、実過給圧と実排気流量に基づいてターボ過給機の過渡的な異常運転時であるか否かまたは過渡的な異常運転時の直前状態であるか否かを判定するようにしているので、その判定精度が向上し、この精度の良い判定結果により、ターボ過給機の過渡的な異常運転時または過渡的な異常運転時の直前状態で、ターボ過給機の容量が増大する側へと目標開口割合Rvnt1(制御量)を補正することで、ターボ過給機の過渡的な異常運転が行われることがあっても速やかに正常運転へと戻し、あるいはターボ過給機の過渡的な異常運転が行われる直前の正常運転にとどめることができる。
【0092】
実施形態では、実過給圧と実排気流量とに基づいてターボ過給機の過渡的な異常運転時であるか否かまたは過渡的な異常運転時の直前状態にあるか否かを判定する場合で説明したが、実過給圧とコンプレッサを通過する実ガス流量とに基づいてコンプレッサの過渡的な異常運転時であるか否かまたは過渡的な異常運転時の直前状態にあるか否かを判定するようにしてもかまわない(請求項1に記載の発明)。
【0093】
また、レーシング時のように、実吸入空気量としてのQacが目標吸入空気量tQacを所定値A以上に大きくなったときにもターボ過給機の運転点が異常運転域へと飛び込む可能性があるのであるが、本実施形態(請求項11に記載の発明)によれば、tQacがtQacより所定値A以上大きくなったとき、可変ノズルの開口割合がさらに大きくなる側(ターボ過給機の容量がさらに増大する側)に異常運転時補正量基本値TRAVOB0を補正するので、こうしたレーシングに伴いターボ過給機の運転点が異常運転域へと飛び込む事態をも回避できる。
【0094】
本実施形態(請求項14に記載の発明)によれば、EGRの作動域で目標排気流量tQexhと目標EGR率Megrとに基づいて目標開口割合基本値Rvnt0(制御量)て設定するので、EGRの作動域においても目標開口割合基本値Rvnt0を精度よく設定でき、過給圧の制御性能をより改善できる。
【0095】
ターボ効率(コンプレッサ効率とタービン効率を合わせた総合効率)は排気流量だけでなく排気温度の影響をも大きく受けるところ、先願装置では目標開口割合(制御量)を設定するためのパラメータに排気流量(tQexh)しか用いていないので、排気温度の違いに応じることができない。例えば、目標開口割合を低負荷側での排気温度に対してマッチングしている場合に、高負荷となって実際の排気温度が目標開口割合のマッチングに使用した排気温度より高くなると、その温度差の分だけターボ効率が上昇して過給圧が高くなるため目標の過給圧を超えて、いわゆるオーバーブーストになる可能性がある。これに対して、本実施形態(請求項15に記載の発明)によれば、負荷補正値演算部62と加算部63とが、排気温度代用値としての目標燃料噴射量Qsolによりその温度差に伴うターボ効率の上昇分だけ目標開口割合をターボ過給機の容量が増大する側に補正するので、高負荷になってもオーバーブーストを防止できる。
【0096】
本実施形態のアクチュエータ25は、開口割合(制御量)に対するデューティ値が非線型な特性を有すると共に、開口割合が増加傾向にあるときと減少傾向にあるときとでデューティ値が異なるヒステリシスを有するのであるが、本実施形態(請求項19に記載の発明)によれば、アクチュエータ25の有する非線型性及びヒステリシスを補償するので、ヒステリシスの大きいアクチュエータ25の使用に起因してターボ過給機が異常運転へと突入するのを防ぐことができる。
【0097】
本実施形態と請求項2に記載の発明の構成要素との対応関係は次の通りである。図3の異常運転時補正量基本値演算部66が、異常運転時判定手段の機能を、同じく図3の異常運転時補正量基本値演算部66及び加算部70が制御量補正手段の機能を果たしている。
【0098】
実施形態では、可変ノズルの開口割合に応じて過給圧が変化するターボ過給機で説明したが、これに限られるものでなく、以下のものにも適用がある。すなわち、タービンではガスが通過する面積を変えてやれば過給圧が変化するので、ノズルのほかスクロールやディフューザの開口割合を変えても過給圧が変化する。これらは結局、タービンの幾何学形状(ジオメトリー)を変え得るものであるので、可変ジオメトリックターボ過給機(Variable GeometricTurbocharger)で総称される。本発明はこうした可変ジオメトリックターボ過給機に適用がある。また、ウェストゲートバルブを備える一定容量のターボ過給機にも適用がある。可変ジオメトリックターボ過給機ではたとえばタービンの開口面積または開口面積相当値の目標値が、またウェストゲートバルブを備える一定容量のターボ過給機たとえばそのバルブ開度の目標値が制御量となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施形態の制御システム図。
【図2】先願装置における過給圧制御とEGR制御の協調制御の概略ブロック図。
【図3】目標開口割合演算部の詳細ブロック図。
【図4】コンプレッサ効率の特性図。
【図5】異常運転時補正量基本値の特性図。
【図6】異常運転時補正係数の特性図。
【図7】一実施形態の過渡時の作用を説明するための波形図。
【図8】無駄時間および応答の時定数がともに大きな制御対象の場合の波形図。
【符号の説明】
21 ターボ過給機
22 タービン
23 コンプレッサ
24 可変ノズル(ジオメトリ可変機構)
31 エンジンコントローラ
35 エアフローメータ
36 過給圧センサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a turbocharger, and more particularly to a control in a transient state when used in combination with an automobile engine.
[0002]
[Prior art]
A turbocharger having a variable geometry mechanism capable of changing the turbine geometry, a map of a target supercharging pressure with the engine speed and load as parameters, and a sensor for detecting the actual supercharging pressure The target supercharging pressure is calculated according to the engine speed and load, and the control amount to the geometry variable mechanism is adjusted so that the actual supercharging pressure detected by the sensor matches the target supercharging pressure. There is one that performs feedback control (see JP-A-5-272345).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the efficiency of the compressor arranged coaxially with the turbine is represented by taking the corrected flow rate Q * on the horizontal axis and the pressure ratio on the vertical axis as shown in FIG. As is well known, when a compressor that compresses intake air is operated in a region (abnormal operation region) outside a shaded portion (normal operation region), undesired phenomena such as surging, choking and turbine overspeed occur, and thus an abnormal condition is caused. The operating point of the compressor must be set so that it does not enter the operating range.
[0004]
However, when a turbocharger is used in combination with an automobile engine, the operating point of the compressor may jump into the abnormal operating range transiently with a rapid change of the accelerator pedal, and it is temporary. Also, abnormal operation of the compressor occurs. For example, when the accelerator pedal is suddenly depressed to perform start and rapid acceleration, the fuel injection amount is correspondingly increased and the exhaust amount (accordingly, the corrected flow rate) rapidly increases. At this time, if the geometry variable mechanism is a variable nozzle of the turbine, the nozzle opening is increased (given a control amount to the side where the capacity of the turbocharger is increased), but the nozzle opening is increased. If the response of the compressor is delayed, the operating point of the compressor moves to the right or to the upper right in FIG. 4, and jumps into an abnormal operating region in which choking or excessive rotation of the turbine occurs.
[0005]
Further, when the accelerator pedal is released and the vehicle is rapidly decelerated during high-speed steady operation, the fuel injection amount is reduced and the exhaust amount is rapidly reduced. At this time, if the geometry variable mechanism is a variable nozzle of the turbine, the nozzle opening degree is reduced (given a control amount to the side where the capacity of the turbocharger decreases), but the nozzle opening degree is reduced. If the response of the compressor is delayed, the operating point of the compressor may move to the left in FIG. 4 and jump into an abnormal operating region where surging occurs.
[0006]
In this case, if the inventor of the present application can know the parameters that determine the compressor efficiency (the parameters on the horizontal axis and the vertical axis in FIG. 4), the operating point of the compressor is abnormally operated based on the parameters. I thought that I could judge whether it was in the area or not.
[0007]
For example, in FIG. 4, the corrected flow rate Q * on the vertical axis is a value obtained by correcting the gas flow rate Q passing through the compressor by the gas temperature T1 and the gas pressure P1, and the pressure ratio on the vertical axis is the ratio between the supercharging pressure and the atmospheric pressure. is there. Therefore, it can be seen that the actual gas flow rate Q passing through the compressor and the actual supercharging pressure may be used as basic parameters for determining whether the operating point of the compressor is in the abnormal operation range.
[0008]
Therefore, the present invention determines whether the compressor is in a transient abnormal operation or is in a state immediately before the transient abnormal operation based on the actual supercharging pressure and the actual gas flow rate passing through the compressor. Judgment, when the transient abnormal operation of the compressor occurs or immediately before the transient abnormal operation, by correcting the control amount given to the geometry variable mechanism on the side where the capacity of the turbocharger increases, the transient transient operation of the compressor is performed. It is an object of the present invention to promptly return to the normal operation even if any abnormal operation is performed, or to maintain the normal operation immediately before the transient abnormal operation of the compressor is performed.
[0009]
On the other hand, since the efficiency of the turbocharger is the total efficiency of the respective efficiencies of the compressor and the turbine, it is necessary to consider a parameter representing the turbine efficiency when considering the entire turbocharger. In this case, since the turbine efficiency is usually expressed by taking the speed ratio on the horizontal axis and the efficiency on the vertical axis, there is no common parameter for expressing each efficiency of the compressor and the turbine.
[0010]
Therefore, when the turbocharger is viewed as a whole, the actual supercharging pressure and the actual gas flow rate passing through the compressor may be used as parameters for determining whether or not the turbocharger is in a transient abnormal operation. The experiment was performed to determine whether or not there were other optimal parameters.The actual supercharging pressure and the actual gas flow rate passing through the compressor were changed during transient abnormal operation of the turbocharger as a whole. When the parameter is used as a parameter, the boundary between the abnormal operation range and the normal operation range of the turbocharger as a whole is not clear, and an ambiguous part is generated. When the actual exhaust flow rate is adopted instead of, that is, when the actual supercharging pressure and the actual exhaust flow rate are used as parameters, the boundary between the abnormal operation area and the normal operation area of the turbocharger as a whole is grasped. It was found hungry.
[0011]
Therefore, the present invention determines whether the turbocharger is in a transient abnormal operation or is in a state immediately before the transient abnormal operation based on the actual supercharging pressure and the actual exhaust flow rate. By increasing the accuracy of the determination, the amount of control given to the geometry variable mechanism on the side where the capacity of the turbocharger increases at the time of transient abnormal operation of the turbocharger or immediately before the abnormal operation, while increasing the accuracy of the determination. By making correction, even if transient abnormal operation of the turbocharger occurs, it can be quickly returned to normal operation, or can be restored to normal operation immediately before the transient abnormal operation of the turbocharger. The purpose is to stop.
[0012]
On the other hand, in the conventional device described above, the target boost pressure rises in a stepwise manner at the time of rapid start acceleration, and feedback control is performed so that the actual boost pressure follows the target boost pressure. Since the so-called overshoot phenomenon, in which the supercharging pressure greatly exceeds the supercharging pressure, occurs, when it is determined that the vehicle is starting and suddenly accelerating, feedback control of the supercharging pressure is temporarily interrupted, and the actual supercharging pressure is reduced to the target supercharging. The control amount given to the variable nozzle slightly before reaching the supply pressure is changed to a value that maximizes the capacity of the turbocharger.
[0013]
In this conventional device, it is determined based on the actual supercharging pressure that the vehicle is at the time of starting rapid acceleration or that the actual supercharging pressure is slightly before reaching the target supercharging pressure. Since the technology is not created based on the efficiency or the efficiency of the turbocharger as a whole, the actual gas flow rate and the actual exhaust flow rate passing through the compressor are not used. For this reason, if only the actual supercharging pressure is used as a parameter, an abnormal operation range and a normal operation range will occur depending on the actual gas flow rate and the actual exhaust flow rate passing through the compressor. It is not possible to accurately determine whether or not a transient abnormal operation has occurred.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a variable displacement turbocharger including a variable geometry mechanism that can change the geometry (geometric shape) of a turbine in response to a controlled variable, and sets the controlled variable for the variable geometry mechanism. The control device for a turbocharger comprising a control amount setting unit, based on an actual supercharging pressure and an actual gas flow rate passing through the compressor, whether or not a transient abnormal operation of the compressor is detected or a transient abnormality is detected. An abnormal operation time determining means for determining whether or not the turbocharger is in a state immediately before the operation, and a turbocharger for the turbocharger in the state immediately before the transient abnormal operation of the intake compressor or the transient abnormal operation based on the determination result. A control amount correcting means for correcting the control amount is provided on the side where the capacity increases.
[0015]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a variable displacement turbocharger having a geometry variable mechanism capable of changing the geometry (geometric shape) of a turbine in response to a control amount, and setting the control amount for the variable geometry mechanism. A turbocharger control device comprising a control amount setting means, wherein whether or not the turbocharger is in a transient abnormal operation or a transient abnormal operation is determined based on the actual supercharging pressure and the actual exhaust flow rate. Abnormal operation determining means for determining whether or not the turbocharger is in a state immediately before the time, and a turbocharger in the transient abnormal operation of the turbocharger or in the state immediately before the transient abnormal operation based on the determination result. Control amount correction means for correcting the control amount on the side where the capacity increases.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a constant-capacity turbocharger capable of changing the opening of the wastegate valve in response to a control amount, and control amount setting means for setting the control amount to the wastegate valve. In the control device of the turbocharger, based on the actual supercharging pressure and the actual gas flow rate passing through the compressor, whether or not the intake compressor is in a transient abnormal operation or in a state immediately before the transient abnormal operation is performed. Abnormal operation determination means for determining whether or not there is, and based on a result of the determination, in the state immediately before the transient abnormal operation of the intake compressor or during the transient abnormal operation, the opening degree of the wastegate valve is increased. Control amount correction means for correcting the control amount.
[0017]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a constant-capacity turbocharger capable of changing the opening of the wastegate valve in response to a control amount, and a control amount setting means for setting the control amount to the wastegate valve. In the control device of the turbocharger, based on the actual supercharging pressure and the actual exhaust flow rate, it is determined whether the turbocharger is in a transient abnormal operation state or is in a state immediately before the abnormal operation state. Means for judging abnormal operation, and, based on the judgment result, correcting the control amount in such a way that the opening of the wastegate valve increases in the state immediately before the transient abnormal operation of the intake compressor or immediately before the transient abnormal operation. Control amount correcting means for performing the control.
[0018]
【The invention's effect】
According to the first and third aspects of the invention, it is determined whether or not the compressor is in a transient abnormal operation based on the actual supercharging pressure and the actual gas flow rate passing through the compressor, which are parameters representing the compressor efficiency. It is determined whether or not it is in the state immediately before the abnormal operation, so that the accuracy of the determination is improved. Based on the result of the accurate determination, the transient abnormal operation or the transient abnormal operation of the compressor is performed. In the state immediately before the above, the control amount is corrected to the side where the capacity of the turbocharger increases in the invention according to
[0019]
According to the second and fourth aspects of the present invention, it is determined whether or not the turbocharger is in a transient abnormal operation based on the actual supercharging pressure and the actual exhaust flow rate, which are parameters representing the overall efficiency of the turbocharger. Or the state immediately before the transient abnormal operation is determined, the accuracy of the determination is improved, and the accurate determination result indicates that the turbocharger has a transient abnormal operation. Alternatively, in a state immediately before transient abnormal operation, the control amount is corrected to increase the capacity of the turbocharger according to the second aspect of the invention, and the wastegate valve is corrected according to the fourth aspect of the invention. By correcting the control amount to the side where the opening of the turbocharger increases, even if a transient abnormal operation of the turbocharger occurs, the turbocharger can quickly return to the normal operation or the transient state of the turbocharger. To normal operation immediately before abnormal abnormal operation is performed It can be.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of an engine according to an embodiment of the present invention.
[0021]
An
[0022]
The engine includes a common rail type
[0023]
The nozzle 17 (fuel injection valve) includes a needle valve, a nozzle chamber, a fuel supply passage to the nozzle chamber, a retainer, a hydraulic piston, a return spring, and the like, and is a three-way valve (illustrated) interposed in the fuel supply passage to the hydraulic piston. No) is interposed. When the three-way valve (electromagnetic valve) is OFF, the needle valve is in a seated state, but when the three-way valve is ON, the needle valve rises and fuel is injected from the injection hole at the tip of the nozzle. That is, the fuel injection start timing is adjusted by the switching timing of the three-way valve from OFF to ON, and the fuel injection amount is adjusted by the ON time. If the pressure in the
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
Here, a description will be given of a case where the present invention is applied to a prior application device (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-115551) previously proposed by the same applicant as the present applicant. Is shown as a block diagram.
[0028]
In the figure, for example, at the operation timing that is visited every 10 msec, all the blocks from 42 to 55 finish the operation instantaneously in the order of the arrows.
[0029]
Briefly, in FIG. 2, the target EGR
[0030]
The target fuel injection amount Qsol is basically a value determined by the engine speed and the accelerator opening. Here, the target fuel injection amount Qsol is a variable representing the load. Therefore, an accelerator opening, an engine torque, or the like can be used instead of Qsol.
[0031]
The value of the target EGR rate Megr becomes smaller after the engine warm-up is completed, as Qsol increases when Ne is constant, and as Ne increases when Qsol is constant.
[0032]
The
[0033]
The
Megrd = Megr × KIN × KVOL × Ne × KE2 #
+ Megrdn-1× (1-KIN × KVOL × Ne × KE2 #) (1)
However, KIN: a value corresponding to volumetric efficiency,
KVOL: VE / NC / VM,
VE: displacement,
NC: Number of cylinders,
VM: intake system volume,
KE2 #: constant,
Megrdn-1: Previous Megrd,
The EGR rate Megrd [%] at the intake valve position is calculated by simultaneously performing the delay processing and the unit conversion (per cylinder / per unit time) by the following equation.
[0034]
Here, KIN and KVOL on the right side of Expression (1) are values necessary to represent a response delay of intake air from the collector inlet to the intake valve, as described in Expression (6) described later. The change is in line with this. KIN and KVOL also appear in equations (6) and (7) described later, but since they have the same value, description thereof will be omitted in equations (6) and (7) described later.
[0035]
Ne × KE2 # on the right side of the above equation (1) is a value for unit conversion. Since this Megrd responds to the target EGR rate Megr with a first-order lag, it represents the actual EGR rate.
[0036]
The target intake air
[0037]
On the other hand, in the EGR operation range, the actual EGR rate Megrd and the rotation speed Ne become parameters, and the value of tQac increases as Qsol increases when Ne is constant.
[0038]
The target exhaust air
tQexh = (tQac + Qsol × GKQFVNT #) × Ne / KCON # (2)
Here, GKQFVNT #: conversion coefficient,
KCON #: constant,
The target displacement tQexh [g / sec] is calculated by the following equation. This is based on the assumption that the total of the amount of the Qsol fuel burning and becoming exhaust and the target intake air amount tQac becomes the exhaust flow rate (ignoring a rise in temperature). Here, the unit of Qsol is [mm3/ St. cyl], the conversion coefficient GKQFVNT # [mm3/ Mg] to convert the unit of tQexh to tQac [mg / st. cyl], and by multiplying by Ne / KCON #, [mg / st. cyl] to [g / sec].
[0039]
The target opening
[0040]
Here, the target opening ratio of the
[0041]
The
Cavnt = Rvnt × Tcvnt + Cavntn-1× (1-Tcvnt) (3)
However, Cavntn-1: Previous Cavnt,
The expected opening ratio Cavnt [%] is calculated by the following equation, and from this value and the target opening ratio Rvnt,
Avnt f = Gkvnt × Rvnt− (Gkvnt−1) × Cavntn-1… (4)
Here, Gkvnt: advance correction gain,
Cavntn-1: Previous Cavnt,
The advance correction is performed according to the following equation, and the feedforward amount Avnt of the target opening ratio is calculated. Calculate f [%].
[0042]
Here, the time constant equivalent value Tcvnt of the advance correction of the equation (3) and the advance correction gain Gkvnt of the equation (4) are obtained by moving the
[0043]
Next, blocks 48 to 52 are portions that perform feedback control of the opening ratio so that the actual intake air amount matches the target intake air amount.
[0044]
First, the cylinder intake
Qac0 = (Qas0 / Ne) × KCON # (5)
Where KCON #: constant,
The intake air amount Qac0 per cylinder at the position of the
Qac = Qacn × KIN × KVOL
+ Qacn-1× (1-KIN × KVOL) (6)
However, Qacn-1: Previous Qac,
(The first-order lag equation), the intake air amount per cylinder at the intake valve position (this intake air amount is hereinafter referred to as “cylinder intake air amount”) Qac [mg / st. cyl]. Equation (6) represents a response delay of intake air from the collector inlet to the intake valve. The cylinder intake air amount Qac represents the actual intake air amount in relation to the target intake air amount tQac.
[0045]
In the
tQacd = tQac × KIN × KVOL × KQA #
+ TQacdn-1× (1-KIN × KVOL × KQA #) (7)
Where KQA #: constant,
tQacdn-1: The previous tQacd,
The target intake air amount delay processing value tQacd is calculated by the following equation (first-order delay expression), and the difference between the cylinder intake air amount Qac and the target intake air amount delay processing value tQacd is calculated as a control error Eqac by the
Eqac = Qac−tQacd (8)
The control deviation Eqac is calculated by the following equation.
[0046]
Then, based on the control error Eqac, the opening ratio feedback
Ravfbp = Gkvntp × Eqac (9)
Here, Gkvntp: proportional gain,
The proportional correction value Ravfbp is calculated by
Ravfbi = Ravfbin-1 + Gkvnti × Eqac (10)
Where Gkvnti: integral gain,
Ravfbin-1: the previous Ravfbi,
The integral correction value Ravfbi is calculated by the following equation, and the sum of these is used as the feedback amount Avnt of the opening ratio. fb, and the adding
[0047]
In the case of general feedback control, the control deviation uses the difference between Qac as the actual intake air amount and the target intake air amount tQac. Here, the target deviation is set as the control deviation Eqac as in the above equation (8). The target intake air amount delay processing value tQacd is employed instead of the intake air amount tQac. This means that even a control object having a large dead time and a large response time constant (see FIG. 8), such as a turbocharger having a
[0048]
The
Cvact = Avnt × Tcact + Cvactn-1× (1-Tcact) (11)
However, Cvactn-1: Previous Cvact,
The expected opening ratio Cvact is calculated by the following equation, and from this value and the command opening ratio Avnt,
Trvnt = Gkact × Avnt− (Gkact−1) × Cvactn-1… (12)
Here, Gkact: an actuator advance correction gain,
Cvactn-1: Previous Cvact,
The lead correction is performed by the following equation to calculate the final command opening ratio Trvnt.
[0049]
Here, the time constant equivalent value Tcact of the actuator advance correction of the equation (11) and the actuator advance correction gain Gkact of the equation (12) are obtained when the
[0050]
The control command duty
[0051]
Here, the linearization processing is necessary when the command signal (duty value) to the actuator has a non-linear characteristic with respect to the aperture ratio. The hysteresis process is required when the duty ratio differs between when the opening ratio is increasing and when it is decreasing. Further, the temperature correction is necessary when the relationship between the opening ratio and the duty value changes under the influence of the ambient temperature.
[0052]
FIG. 3 is a detailed block diagram of the target opening
[0053]
First, the target opening ratio basic
[0054]
In the EGR operation range, Rvnt0 is a value that decreases as Megr increases when tQexh is constant. This is because when the EGR rate increases, the fresh air decreases accordingly, and when the air-fuel ratio leans to the rich side, smoke is generated. Therefore, it is necessary to reduce Rvnt0 and increase the supercharging pressure as Megr increases. . Also, when Megr is constant, the value of Rvnt0 increases as tQexh increases.
[0055]
In the non-operating region of EGR, Rvnt0 is a value that becomes large in a region where tQexh is relatively large when Qsol is constant. Further, when tQexh is constant in this region, the value increases as Qsol increases.
[0056]
As described above, the basic value Rvnt0 of the target opening ratio of the
1) a correction portion for correcting the exhaust gas temperature with respect to the target opening ratio basic value;
2) A correction part for correcting the target opening ratio during abnormal operation and
Is newly added.
[0057]
First, the correction part 1) includes a load correction
[0058]
Although the target fuel injection amount Qsol is used as a parameter for calculating the load correction value, it is a substitute value for the exhaust gas temperature (the exhaust gas temperature increases as Qsol increases). That is, the load correction value takes into account the difference in exhaust gas temperature. Since the turbo efficiency (combined efficiency of the compressor efficiency and the turbine efficiency) is greatly affected not only by the exhaust amount but also by the exhaust temperature, only the exhaust amount is used as a parameter for calculating the target opening ratio basic value Rvnt0. , Can not respond to the difference of exhaust temperature. For example, when Rvnt0 is matched with the exhaust temperature on the low load side, if the actual exhaust temperature becomes higher than the exhaust temperature used for the matching of Rvnt0 when the load becomes higher, the turbocharger is provided by the temperature difference. Since the efficiency is increased and the supercharging pressure is increased, there is a possibility that the supercharging pressure exceeds the target supercharging pressure, resulting in a so-called overboost. Therefore, when the load correction value (positive value) is corrected to the side where the opening ratio is increased (the side where the supercharging pressure is reduced) by the increase in the turbo efficiency due to the temperature difference, the over-boost can be performed even at a high load. It can be prevented. In other words, the use area of the
[0059]
The correction part of the above 2) is a basic correction part comprising an actual supercharging
[0060]
Here, the basic correction portion sets the basic value Rvnt0 to the ratio of the opening of the
[0061]
More specifically, the actual boost
[0062]
The actual
Qexh = (Qac + Qsol × GKQFVNT #) × Ne / KCON # (13)
Here, GKQFVNT #: conversion coefficient,
KCON #: constant,
The actual displacement Qexh [g / sec] is calculated by the following equation. The expression (13) is the same as the expression (2).
[0063]
The abnormal operation correction amount basic
[0064]
The basic value TRAVOB0 is used to quickly return to the normal operation range when the operating point of the entire turbocharger jumps into the abnormal operation range.
[0065]
The normal operation range and the abnormal operation range of the
[0066]
The
[0067]
That is, the correction region is the entire abnormal operation region. The corrected flow rate Q * on the horizontal axis in FIG. 4 is a value obtained by correcting the actual gas flow rate Q passing through the
[0068]
In fact, the efficiency of the turbocharger is the total efficiency of the compressor efficiency and the turbine efficiency. Therefore, when considering whether or not the entire turbocharger is in the abnormal operation range, only the
[0069]
Therefore, the present invention determines whether or not the entire turbocharger is in an abnormal operation range using the actual displacement Qexh [g / sec] and the actual supercharging pressure Pm as parameters as shown in FIG. That is, in FIG. 5, the central region is a normal operation region, and a small region outside the central region is an abnormal operation region. Since it is not necessary to provide a correction amount in the normal operation range, the correction amount basic value TRAVOB0 is zero, whereas a positive value is included in the abnormal operation range. Further, the value of TRAVOB0 increases as the operating point of the turbocharger determined from the actual supercharging pressure and the actual exhaust flow rate departs from the normal operation range.
[0070]
As will be described later, since the correction amount basic value TRAVOB0 is added to the above-described target opening ratio Rvnt1 of the variable nozzle, the positive correction amount basic value TRAVOB0 increases the opening ratio of the variable nozzle 24 (the boost pressure decreases). Side).
[0071]
Although it can be read from FIG. 5 that the boundary between the normal operation area and the abnormal operation area is clear, it is not actually the case but only the boundary obtained by estimation. In FIG. 5, a pressure ratio or an actual exhaust pressure may be used instead of the actual supercharging pressure on the vertical axis. Further, it goes without saying that, in the region enclosed by the maximum flow rate and the upper limit supercharging pressure in FIG. 5, the ratio of closing the normal operation region differs depending on the combination of the engine and the turbocharger.
[0072]
The
[0073]
The correction coefficient KTRAVOB is introduced to deal with racing. Racing is an operation of repeatedly depressing and releasing the accelerator pedal, and repeatedly depressing and releasing the accelerator pedal. The movement of tQac at this time may be, for example, a sine curve having a constant period, and the movement of Qac may be a sine curve having a phase delay with respect to the sine curve. Is maximized when it matches the amplitude of the sine curve. As described above, when Qac becomes larger than tQac, it means that the actual supercharging pressure exceeds the target and becomes too high. That is, also at this time, the operating point of the
[0074]
Therefore, in a region where the value of Qac-tQac is large as shown in FIG. 6, a value larger than 1.0 (for example, about 1.2) is given as the correction coefficient KTRAVOB to increase the opening ratio of the variable nozzle 24 (see FIG. 6). (The side where the supercharging pressure decreases).
[0075]
In FIG. 6, an area (dead zone) where the correction coefficient KTRAVOB is 1.0 is provided in an area where the value of Qac-tQac is equal to or smaller than the predetermined value A.
[0076]
here,
Error ratio [%] = (Qac / tQac−1) × 100 (14)
When the error ratio is defined by the following equation, the predetermined value A is determined so that the error ratio is about 20%. The reason why the correction is not performed at less than 20% (correction coefficient KTRAVOB = 1.0) is to avoid interference with feedback control of the aperture ratio. That is, the feedback amount Avnt of the opening ratio Since fb is limited so that the error ratio of equation (14) works within a range of ± 10%, a positive correction coefficient KTRAVOB is given even when the error range of equation (14) is in the range of 0 to 10%. This is because it interferes with the feedback control.
[0077]
The
[0078]
Here, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows, for example, that the accelerator pedal is depressed and increased at the timing of t1 to accelerate the vehicle from the state of traveling at a constant speed of 60 km / h and reaches 100 km / h at the timing of t2. In the case (the gear of the transmission is fixed to the fourth speed), each change of the accelerator pedal, the vehicle speed, the supercharging pressure, and the final command opening ratio Trvnt of the
[0079]
In the lowermost stage, a change in the final command opening ratio Trvnt by the prior application when the time from t1 to t2 is constantly and slowly changed is indicated by a solid line for comparison. It is practically impossible to change the opening ratio of the
[0080]
According to the present embodiment, when the accelerator pedal and the vehicle speed change as shown in the first and second stages of FIG. 7, the final command opening ratio Trvnt changes as indicated by the one-dot chain line at the bottom.
[0081]
That is, when the accelerator pedal is further depressed at t1, the target supercharging pressure (see the solid line) rises in a stepwise manner as shown in the third stage, while on the other hand, the fuel is increased by the further depression of the accelerator pedal, and the exhaust amount increases. Since the turbine speed increases in response to the displacement, the actual supercharging pressure Pm (see the broken line) increases and follows the target value.
[0082]
This movement is the same even if the target supercharging pressure is replaced with the target intake air amount tQac and the actual supercharging pressure Pm is replaced with the cylinder intake air amount Qac. This is because the target intake air amount tQac is originally determined so as to obtain the target boost pressure. Accordingly, at t1, the target intake air amount tQac rises in a stepwise manner, and the cylinder intake air amount Qac using this target value as the actual value follows.
[0083]
In order to compensate for the response delay of the cylinder intake air amount Qac at this time, the advance process works. This is handled by the
[0084]
In this case, if the
[0085]
Since the correction amount basic value TRAVOB0 is given only in the abnormal operating range of the turbocharger in FIG. 5, the operating point of the
[0086]
This is because the correction amount basic value TRAVOB0 having a positive value is actually given also in the vicinity of the abnormal operating range of the turbocharger (that is, in the normal operating range near the abnormal operating range). Since the correction starts to work in the normal operation region near the abnormal operation region, it is possible to prevent the turbocharger from becoming transient abnormal operation. This result shows that the actual supercharging pressure Pm approaches the target supercharging pressure but does not exceed the target supercharging pressure as shown in the third row.
[0087]
After the actual supercharging pressure approaches the target supercharging pressure, the actual supercharging pressure gradually decreases away from the target supercharging pressure. At this time, when the actual intake air amount Qac approaches the target intake air amount delay processing value tQacd and the error ratio falls within ± 10%, feedback control of the opening ratio operates, and Qac changes the target intake air amount delay processing value. It quickly converges to tQacd (therefore, the actual supercharging pressure Pm to the target supercharging pressure). This feedback control is performed by the cylinder intake air
[0088]
In the feedback control, when the target intake air amount tQac is used as the target value, the ability of Qac to follow tQac after the actual supercharging pressure approaches the target supercharging pressure is poor, so that the actual supercharging pressure becomes higher than the target supercharging pressure. Although the supply pressure deviates greatly and causes smoke and knocking noise, in the present embodiment, the delay processing value tQacd is used instead of the target intake air amount tQac. Therefore, even when the actual boost pressure approaches the target boost pressure and then decreases away from the target boost pressure, the drop does not drop significantly.
[0089]
Also, when the accelerator pedal is released at the timing of t2, the target boost pressure decreases stepwise, and the actual boost pressure Pm follows this target boost pressure with a response delay. An advance process is performed to compensate for a response delay of the supply pressure (therefore, the cylinder intake air amount Qac). This is handled by the
[0090]
As described above, in the present embodiment, the follow-up process and the feedback control adopted in the present embodiment at the time of accelerating with the accelerator pedal depressed further increase the followability to the target supercharging pressure (or the target intake air amount) satisfactorily. The abnormal operation of the
[0091]
In the case where the operating point of the
[0092]
In the embodiment, it is determined whether or not the turbocharger is in a transient abnormal operation or is in a state immediately before the transient abnormal operation based on the actual supercharging pressure and the actual exhaust flow rate. As described above, based on the actual supercharging pressure and the actual gas flow rate passing through the compressor, whether or not the compressor is in a transient abnormal operation or is in a state immediately before the transient abnormal operation. May be determined (the invention according to claim 1).
[0093]
Also, as in racing, when the actual intake air amount Qac becomes larger than the target intake air amount tQac by a predetermined value A or more, the operating point of the turbocharger may jump into the abnormal operation range. However, according to the present embodiment (the invention according to claim 11), when tQac is larger than tQac by a predetermined value A or more, the opening ratio of the variable nozzle is further increased (for the turbocharger). Since the abnormal operation correction amount basic value TRAVOB0 is corrected to the side where the capacity is further increased), it is possible to prevent the operating point of the turbocharger from jumping into the abnormal operation range due to such racing.
[0094]
According to the present embodiment (the invention according to claim 14), the target opening ratio basic value Rvnt0 (control amount) is set in the EGR operating range based on the target exhaust flow rate tQexh and the target EGR rate Megr. In the operating range of, the target opening ratio basic value Rvnt0 can be accurately set, and the control performance of the supercharging pressure can be further improved.
[0095]
Turbo efficiency (combined efficiency of compressor efficiency and turbine efficiency) is greatly affected not only by the exhaust flow rate but also by the exhaust temperature. In the prior application, the exhaust flow rate is set as a parameter for setting the target opening ratio (control amount). Since only (tQexh) is used, it cannot respond to a difference in exhaust gas temperature. For example, if the target opening ratio is matched to the exhaust temperature on the low load side, and if the actual exhaust temperature becomes higher than the exhaust temperature used for matching the target opening ratio when the load becomes high, the temperature difference Therefore, there is a possibility that the turbocharging pressure is increased and the supercharging pressure is increased. On the other hand, according to the present embodiment (the invention according to claim 15), the load correction
[0096]
The
[0097]
The correspondence between this embodiment and the components of the invention described in
[0098]
In the embodiment, the turbocharger in which the supercharging pressure changes according to the opening ratio of the variable nozzle has been described. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to the following. That is, in the turbine, the charging pressure changes if the area through which the gas passes changes, so that the charging pressure changes even if the opening ratio of the scroll or the diffuser is changed in addition to the nozzle. Since these can eventually change the geometry of the turbine, they are collectively referred to as a variable geometric turbocharger (Variable @ GeometricTurbocharger). The present invention has application to such variable geometric turbochargers. Further, the present invention is also applicable to a turbocharger having a constant capacity provided with a wastegate valve. In the variable geometric turbocharger, for example, the control value is a target value of the opening area of the turbine or a value corresponding to the opening area, and the target value of the turbocharger of a fixed capacity including the wastegate valve, for example, the target value of the valve opening is the control amount.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a control system diagram of one embodiment.
FIG. 2 is a schematic block diagram of cooperative control of supercharging pressure control and EGR control in the prior application device.
FIG. 3 is a detailed block diagram of a target opening ratio calculation unit.
FIG. 4 is a characteristic diagram of compressor efficiency.
FIG. 5 is a characteristic diagram of an abnormal operation correction amount basic value.
FIG. 6 is a characteristic diagram of a correction coefficient during abnormal operation.
FIG. 7 is a waveform chart for explaining the operation of the embodiment at the time of transition.
FIG. 8 is a waveform chart in the case of a control object having a large dead time and a large response time constant.
[Explanation of symbols]
21 turbocharger
22 turbine
23 compressor
24 ° variable nozzle (geometry variable mechanism)
31 engine controller
35 ° air flow meter
36 supercharging pressure sensor
Claims (20)
このジオメトリ可変機構への前記制御量を設定する制御量設定手段と
を備えるターボ過給機の制御装置において、
実過給圧とコンプレッサを通過する実ガス流量とに基づいてコンプレッサの過渡的な異常運転時であるか否かまたは過渡的な異常運転時の直前状態にあるか否かを判定する異常運転時判定手段と、
この判定結果により吸気コンプレッサの過渡的な異常運転時または過渡的な異常運転時の直前状態で、ターボ過給機の容量が増大する側に前記制御量を補正する制御量補正手段と
を備えることを特徴とするターボ過給機の制御装置。A variable-capacity turbocharger having a geometry variable mechanism that can change the geometry of the turbine in response to a control amount,
In a control device of a turbocharger comprising a control amount setting means for setting the control amount to the geometry variable mechanism,
At the time of abnormal operation which determines whether or not the compressor is in a transient abnormal operation or is in a state immediately before the transient abnormal operation based on the actual supercharging pressure and the actual gas flow rate passing through the compressor. Determining means;
Control amount correction means for correcting the control amount on the side where the capacity of the turbocharger increases in the state immediately before the transient abnormal operation or the transient abnormal operation of the intake compressor based on the determination result. A control device for a turbocharger, characterized in that:
このジオメトリ可変機構への前記制御量を設定する制御量設定手段と
を備えるターボ過給機の制御装置において、
実過給圧と実排気流量とに基づいてターボ過給機の過渡的な異常運転時であるか否かまたは過渡的な異常運転時の直前状態にあるか否かを判定する異常運転時判定手段と、
この判定結果によりターボ過給機の過渡的な異常運転時または過渡的な異常運転時の直前状態で、ターボ過給機の容量が増大する側に前記制御量を補正する制御量補正手段と
を備えることを特徴とするターボ過給機の制御装置。A variable-capacity turbocharger having a geometry variable mechanism that can change the geometry of the turbine in response to a control amount,
In a control device of a turbocharger comprising a control amount setting means for setting the control amount to the geometry variable mechanism,
Abnormal operation determination based on the actual supercharging pressure and the actual exhaust gas flow to determine whether the turbocharger is in a transient abnormal operation or in a state immediately before the transient abnormal operation. Means,
Control amount correction means for correcting the control amount to a side where the capacity of the turbocharger increases in the transient abnormal operation of the turbocharger or immediately before the transient abnormal operation based on the determination result. A control device for a turbocharger, comprising:
このウェストゲートバルブへの前記制御量を設定する制御量設定手段と
を備えるターボ過給機の制御装置において、
実過給圧とコンプレッサを通過する実ガス流量とに基づいて吸気コンプレッサの過渡的な異常運転時であるか否かまたは過渡的な異常運転時の直前状態にあるか否かを判定する異常運転時判定手段と、
この判定結果により吸気コンプレッサの過渡的な異常運転時または過渡的な異常運転時の直前状態で、ウェストゲートバルブの開度が増大する側に前記制御量を補正する制御量補正手段と
を備えることを特徴とするターボ過給機の制御装置。A constant-capacity turbocharger that can change the opening of the wastegate valve in response to the control amount,
A control amount setting means for setting the control amount to the wastegate valve;
Abnormal operation that determines whether the intake compressor is in a transient abnormal operation or is in a state immediately before the transient abnormal operation based on the actual supercharging pressure and the actual gas flow rate passing through the compressor. Time determination means,
Control amount correction means for correcting the control amount on the side where the degree of opening of the wastegate valve increases in the state immediately before the transient abnormal operation or the transient abnormal operation of the intake compressor based on the determination result. A control device for a turbocharger, characterized in that:
このウェストゲートバルブへの前記制御量を設定する制御量設定手段と
を備えるターボ過給機の制御装置において、
実過給圧と実排気流量とに基づいてターボ過給機の過渡的な異常運転時であるか否かまたは異常運転時の直前状態にあるか否かを判定する異常運転時判定手段と、
この判定結果により吸気コンプレッサの過渡的な異常運転時または過渡的な異常運転時の直前状態で、ウェストゲートバルブの開度が増大する側に前記制御量を補正する制御量補正手段と
を備えることを特徴とするターボ過給機の制御装置。A constant-capacity turbocharger that can change the opening of the wastegate valve in response to the control amount,
A control amount setting means for setting the control amount to the wastegate valve;
Abnormal operation time determination means for determining whether or not the turbocharger is in a transient abnormal operation state based on the actual supercharging pressure and the actual exhaust flow rate, or whether it is in a state immediately before the abnormal operation state,
Control amount correction means for correcting the control amount on the side where the degree of opening of the wastegate valve increases in the state immediately before the transient abnormal operation or the transient abnormal operation of the intake compressor based on the determination result. A control device for a turbocharger, characterized in that:
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Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006011553A1 (en) * | 2004-07-30 | 2006-02-02 | Komatsu Ltd. | Intake controller of internal combustion engine |
JP2006291816A (en) * | 2005-04-08 | 2006-10-26 | Toyota Motor Corp | Abnormality determination device of turbocharger |
JP2008038648A (en) * | 2006-08-02 | 2008-02-21 | Toyota Motor Corp | Exhaust gas recirculation device for internal combustion engine |
JP2008095557A (en) * | 2006-10-06 | 2008-04-24 | Nissan Motor Co Ltd | Surge preventive control device and surge preventive control method for engine with turbocharger |
JP2008157236A (en) * | 2006-12-20 | 2008-07-10 | Internatl Engine Intellectual Property Co Llc | Model-based turbocharger control |
JP2008309004A (en) * | 2007-06-12 | 2008-12-25 | Nissan Motor Co Ltd | Control device and control method of turbo supercharger |
US7533657B2 (en) | 2004-08-11 | 2009-05-19 | Komatsu Ltd. | Open/close controller of intake and exhaust communication circuit |
JP2012052508A (en) * | 2010-09-03 | 2012-03-15 | Ihi Corp | Variable supercharger and control method thereof |
KR101366412B1 (en) * | 2013-04-30 | 2014-02-25 | 주식회사 현대케피코 | Method for control error compansation of turbocharger |
WO2015083658A1 (en) | 2013-12-04 | 2015-06-11 | 三菱重工業株式会社 | Control device for supercharging system |
WO2015083611A1 (en) | 2013-12-04 | 2015-06-11 | 三菱重工業株式会社 | Control device for supercharging system |
US9175597B2 (en) | 2011-04-18 | 2015-11-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control device for supercharged engine |
US9903296B2 (en) | 2013-12-04 | 2018-02-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Control device for turbocharger |
US10006348B2 (en) | 2013-12-04 | 2018-06-26 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Turbocharger device |
US10047666B2 (en) | 2013-12-04 | 2018-08-14 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Control system for turbo-compound system |
CN111206995A (en) * | 2018-11-22 | 2020-05-29 | 大众汽车有限公司 | Method for controlling a supercharging system |
KR20220033424A (en) * | 2020-09-09 | 2022-03-16 | 가부시키가이샤 자판엔진코포레숀 | Internal combustion engine for ship |
-
2002
- 2002-06-24 JP JP2002182703A patent/JP2004027897A/en active Pending
Cited By (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7610757B2 (en) | 2004-07-30 | 2009-11-03 | Komatsu Ltd. | Intake controller of internal combustion engine |
WO2006011553A1 (en) * | 2004-07-30 | 2006-02-02 | Komatsu Ltd. | Intake controller of internal combustion engine |
US7533657B2 (en) | 2004-08-11 | 2009-05-19 | Komatsu Ltd. | Open/close controller of intake and exhaust communication circuit |
JP2006291816A (en) * | 2005-04-08 | 2006-10-26 | Toyota Motor Corp | Abnormality determination device of turbocharger |
JP2008038648A (en) * | 2006-08-02 | 2008-02-21 | Toyota Motor Corp | Exhaust gas recirculation device for internal combustion engine |
JP2008095557A (en) * | 2006-10-06 | 2008-04-24 | Nissan Motor Co Ltd | Surge preventive control device and surge preventive control method for engine with turbocharger |
JP4735505B2 (en) * | 2006-10-06 | 2011-07-27 | 日産自動車株式会社 | Surge prevention control device and surge prevention control method for turbocharged engine |
JP2008157236A (en) * | 2006-12-20 | 2008-07-10 | Internatl Engine Intellectual Property Co Llc | Model-based turbocharger control |
JP2008309004A (en) * | 2007-06-12 | 2008-12-25 | Nissan Motor Co Ltd | Control device and control method of turbo supercharger |
JP2012052508A (en) * | 2010-09-03 | 2012-03-15 | Ihi Corp | Variable supercharger and control method thereof |
US9175597B2 (en) | 2011-04-18 | 2015-11-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control device for supercharged engine |
KR101366412B1 (en) * | 2013-04-30 | 2014-02-25 | 주식회사 현대케피코 | Method for control error compansation of turbocharger |
WO2015083611A1 (en) | 2013-12-04 | 2015-06-11 | 三菱重工業株式会社 | Control device for supercharging system |
WO2015083658A1 (en) | 2013-12-04 | 2015-06-11 | 三菱重工業株式会社 | Control device for supercharging system |
US9903296B2 (en) | 2013-12-04 | 2018-02-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Control device for turbocharger |
US10006348B2 (en) | 2013-12-04 | 2018-06-26 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Turbocharger device |
US10047666B2 (en) | 2013-12-04 | 2018-08-14 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Control system for turbo-compound system |
US10197003B2 (en) | 2013-12-04 | 2019-02-05 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Control device for supercharging system |
US10428748B2 (en) | 2013-12-04 | 2019-10-01 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Control device for supercharging system |
CN111206995A (en) * | 2018-11-22 | 2020-05-29 | 大众汽车有限公司 | Method for controlling a supercharging system |
KR20220033424A (en) * | 2020-09-09 | 2022-03-16 | 가부시키가이샤 자판엔진코포레숀 | Internal combustion engine for ship |
KR102531801B1 (en) * | 2020-09-09 | 2023-05-11 | 가부시키가이샤 자판엔진코포레숀 | Internal combustion engine for ship |
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