JP2005127143A - Engine operation controller and control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可変容量型ターボチャージャを有するエンジンの運転制御装置とその制御方法に関し、詳細には、エンジンブレーキ解除時に、ターボチャージャの回転数が上昇するまでのタイムラグを少なくし、以って加速性能を向上させるエンジンの制御装置と、その制御方法に関するものである。 The present invention relates to an operation control apparatus for an engine having a variable capacity turbocharger and a control method therefor, and more particularly, to accelerate by reducing the time lag until the rotation speed of the turbocharger increases when releasing the engine brake. The present invention relates to an engine control apparatus for improving performance and a control method therefor.
自動車用エンジンにおいては、排気系に絞り機構を設けエンジンブレーキ力を向上させている。その手段として、排気系にバタフライ弁を介装して流路を絞る方法と、可変容量型ターボチャージャの可変翼(可変案内翼;図8参照)を閉じて通路面積を狭くして対応する方法がある。 In an automobile engine, a throttle mechanism is provided in an exhaust system to improve engine braking force. As means for this, a method of narrowing the flow path by providing a butterfly valve in the exhaust system, and a method of narrowing the passage area by closing the variable vanes (variable guide vanes; see FIG. 8) of the variable displacement turbocharger. There is.
特に後者の場合、ターボチャージャ内の通路面積が狭くなると排気の流れが止まり、ターボチャージャの回転数も非常に低くなる。その状態からエンジンブレーキを解除し、加速しようとした場合、ターボチャージャの回転数が上昇するまでのタイムラグが大きくなり、加速性能が悪化してしまう。 In the latter case in particular, when the passage area in the turbocharger becomes narrow, the flow of exhaust stops and the rotational speed of the turbocharger becomes very low. If the engine brake is released from that state and acceleration is attempted, the time lag until the rotational speed of the turbocharger increases increases, and the acceleration performance deteriorates.
ここで、ターボチャージャを備えたエンジンのエンジン補助ブレーキ装置に関し、作動遅れなく十分な制動力を得られるようにした技術が提案されている(例えば特許文献1参照)。
然るに、上記提案は、シリンダ内の空気を圧縮上死点付近で排出するように構成された補助ブレーキ装置(圧縮圧開放型補助ブレーキ装置)及び可変容量型ターボチャージャの可変翼(可変案内翼;図8参照)の絞り作用を応用して制動力の向上を図るものであり、いたずらにシステム構成及び制御を複雑にし、ひいてはコスト増加を招くこととなる。
However, in the above proposal, the auxiliary brake device (compression pressure release type auxiliary brake device) configured to discharge the air in the cylinder in the vicinity of the compression top dead center and the variable vane of the variable displacement turbocharger (variable guide vane; The braking force is improved by applying the throttle action shown in FIG. 8), which unnecessarily complicates the system configuration and control, resulting in an increase in cost.
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、可変容量型ターボチャージャを備えたエンジンにおいて、廉価で最小限の構成によりエンジンブレーキ解除時でのターボ回転数が上昇するまでのタイムラグを少なくして、加速性能を向上させるエンジンの制御装置及びその制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of the above-described problems of the prior art. In an engine equipped with a variable displacement turbocharger, the turbo rotational speed when releasing the engine brake is increased by an inexpensive and minimal configuration. It is an object of the present invention to provide an engine control device and a control method therefor that reduce the time lag until the acceleration performance is improved.
本発明のエンジンの制御装置は、可変案内翼(34)を具備した可変容量型ターボチャージャ(3)を有するエンジン(1)において、前記可変案内翼(34)の開度を検出する可変翼開度検出手段(36)と、当該ターボチャージャ(3)の回転数を検出する回転数検出手段(Stn)と、エンジン(1)の運転状態を決定する制御パラメータを検出する検出手段(8、9)と、制御手段(10)とを有し、前記制御手段(10)は可変案内翼開度の目標領域を設定するように構成されており、エンジンブレーキが作動中に、ターボチャージャ(3)の回転数が所定値よりも低いか否かを判断し、ターボチャージャ(3)の回転数が所定値よりも高く且つ可変案内翼開度が前記目標領域の下限値(αa)よりも大きな場合に可変案内翼を閉じ側に作動させ、ターボチャージャ(3)の回転数が所定値よりも低く且つ可変案内翼開度が前記目標領域の上限値(αb)よりも小さな場合に可変案内翼を開き側に作動させるように制御することを特徴としている(請求項1)。 The engine control apparatus according to the present invention includes a variable displacement blade opening that detects an opening degree of the variable guide vane (34) in an engine (1) having a variable displacement turbocharger (3) having a variable guide vane (34). Degree detection means (36), rotation speed detection means (Stn) for detecting the rotation speed of the turbocharger (3), and detection means (8, 9) for detecting a control parameter for determining the operating state of the engine (1) ) And a control means (10), and the control means (10) is configured to set a target region for the variable guide vane opening, and the turbocharger (3) while the engine brake is operating. When the rotational speed of the turbocharger (3) is higher than the predetermined value and the variable guide blade opening is larger than the lower limit value (αa) of the target region. Close the variable guide vane The variable guide vanes are operated to the open side when the rotational speed of the turbocharger (3) is lower than a predetermined value and the variable guide vane opening is smaller than the upper limit value (αb) of the target region. (Claim 1).
前記制御パラメータを検出する手段として、エンジンの負荷を検出するエンジン負荷センサ(8)、エンジン回転を検出するエンジン回転センサ(9)、及びアクセル開度センサ(11)の内の一つ以上を有していることが好ましい。 The means for detecting the control parameter includes at least one of an engine load sensor (8) for detecting engine load, an engine rotation sensor (9) for detecting engine rotation, and an accelerator opening sensor (11). It is preferable.
前記可変案内翼開度の目標領域は前記制御手段(10)に装備された記憶手段(12)に記憶された運転状況毎のマップ上の特定領域である(請求項2)。 The target area of the variable guide vane opening degree is a specific area on the map for each operation situation stored in the storage means (12) provided in the control means (10).
或いは、前記可変案内翼開度の目標領域の下限値(αa)および上限値(αb)は予め設定された特定値である(請求項3)。 Alternatively, the lower limit value (αa) and the upper limit value (αb) of the target area of the variable guide vane opening degree are predetermined specific values (Claim 3).
本発明のエンジンの制御方法は、可変案内翼(34)を具備した可変容量型ターボチャージャ(3)を有するエンジン(1)において、前記可変案内翼(34)の開度を検出する開度検出手段(36)と、当該ターボチャージャ(3)の回転数を検出する回転数検出手段(Stn)と、エンジン(1)の運転状態を決定する制御パラメータを検出する検出手段(8、9)と、制御手段(10)とを有し、前記制御手段(10)は可変案内翼開度の目標領域を設定するように構成されており、エンジンブレーキが作動中であるか否かを判断する工程(S1)と、エンジンブレーキが作動中の場合に、ターボチャージャ(3)の回転数が所定値よりも低いか否かを判断する工程(S5)と、ターボチャージャ(3)の回転数が所定値よりも高い場合には可変案内翼開度が目標領域の下限値(αa)よりも小さいか否かを判断する工程(S6)と、ターボチャージャ(3)の回転数が所定値よりも低い場合には可変案内翼開度が目標領域の上限値(αb)よりも大きいか否かを判断する工程(S7)とを有し、ターボチャージャ(3)の回転数が所定値よりも高く且つ可変案内翼開度が目標領域の下限値(αa)よりも大きな場合に可変案内翼(34)を閉じ側に作動させ、ターボチャージャ(3)の回転数が所定値よりも低く且つ可変案内翼開度が目標領域の上限値(αb)よりも小さな場合に可変案内翼(34)を開き側に作動させるように制御することを特徴としている(請求項4)。 The engine control method according to the present invention includes an opening degree detection for detecting an opening degree of the variable guide vane (34) in the engine (1) having a variable displacement turbocharger (3) having the variable guide vane (34). Means (36), rotation speed detection means (Stn) for detecting the rotation speed of the turbocharger (3), detection means (8, 9) for detecting a control parameter for determining the operating state of the engine (1), And a control means (10), wherein the control means (10) is configured to set a target region for the variable guide vane opening, and determines whether or not the engine brake is operating. (S1), a step (S5) for determining whether the rotational speed of the turbocharger (3) is lower than a predetermined value when the engine brake is operating, and the rotational speed of the turbocharger (3) is predetermined. Higher than value In step S6, it is determined whether or not the variable guide vane opening is smaller than the lower limit value (αa) of the target region. If the rotational speed of the turbocharger (3) is lower than the predetermined value, variable guidance is performed. A step (S7) for determining whether or not the blade opening is larger than an upper limit value (αb) of the target region, and the rotational speed of the turbocharger (3) is higher than a predetermined value and the variable guide blade opening. Is larger than the lower limit value (αa) of the target area, the variable guide vane (34) is operated to the closed side, the rotational speed of the turbocharger (3) is lower than the predetermined value, and the variable guide vane opening degree is the target area. The variable guide vane (34) is controlled to open to the open side when it is smaller than the upper limit value (αb) (claim 4).
前記制御方法において、前記可変案内翼開度の目標領域は前記制御手段(10)に装備された記憶手段(12)に記憶された運転状況毎のマップ上の特定領域である(請求項5)。 In the control method, the target area of the variable guide vane opening degree is a specific area on the map for each operation situation stored in the storage means (12) provided in the control means (10). .
或いは、前記制御方法において、前記可変案内翼開度の目標領域の下限値(αa)および可変案内翼開度の上限値(αb)は予め設定された特定点である(請求項6)。 Alternatively, in the control method, the lower limit value (αa) of the target region of the variable guide blade opening and the upper limit value (αb) of the variable guide blade opening are specific points set in advance (Claim 6).
上述した構成及び方法を具備する本発明のエンジンの制御装置及び制御方法によれば、可変案内翼開度の目標領域を設定するように構成されており、エンジンブレーキが作動中に、ターボチャージャ(3)の回転数が所定値よりも低いか否かを判断し、ターボチャージャ(3)の回転数が所定値よりも高く且つ可変案内翼開度が前記目標領域の下限値(αa)よりも大きな場合に可変案内翼(34)を閉じ側に作動させ、ターボチャージャ(3)の回転数が所定値よりも低く且つ可変案内翼開度が前記目標領域の上限値(αb)よりも小さな場合に可変案内翼(34)を開き側に作動させるように制御されるため、エンジンブレーキ解除時でのターボ回転数が上昇するまでのタイムラグが少なくなり、加速性能を向上させることが出来る According to the engine control apparatus and control method of the present invention having the above-described configuration and method, the engine is configured to set the target region of the variable guide vane opening, and the turbocharger ( It is determined whether the rotational speed of 3) is lower than a predetermined value, the rotational speed of the turbocharger (3) is higher than the predetermined value, and the variable guide vane opening degree is lower than the lower limit value (αa) of the target region. When the variable guide vane (34) is operated to the closed side when it is large, the rotational speed of the turbocharger (3) is lower than a predetermined value and the variable guide vane opening is smaller than the upper limit value (αb) of the target region Since the variable guide vanes (34) are controlled to operate on the open side, the time lag until the turbo speed increases when the engine brake is released is reduced, and the acceleration performance can be improved.
又、ターボチャージャ(3)の回転数を検出する回転数検出手段(Stn)を除けば通常のエンジンに付帯しているユニットが多く、新たなユニットの増設による組付け作業の増加やコスト高騰を抑制することが出来る。 In addition, there are many units attached to the normal engine except for the rotational speed detection means (Stn) for detecting the rotational speed of the turbocharger (3), which increases the assembly work and the cost increase due to the addition of a new unit. Can be suppressed.
添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態について説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
先ず、図1〜図6、及び図8を参照して第1実施形態を説明する。
図1の全体構成図において、エンジン1の排気マニフォールド2側には可変容量型のターボチャージャ3が取り付けられている。
First, the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6 and FIG. 8.
In the overall configuration diagram of FIG. 1, a variable capacity turbocharger 3 is attached to the exhaust manifold 2 side of the
その可変容量型ターボチャージャ3は、排気によってタービン翼車が回転するタービン31と、そのタービン31の回転によって回転させられ、その回転によって吸気を圧縮するコンプレッサ32とで構成されている。又該ターボチャージャ3には、ターボチャージャ3の回転数を検出するための回転速度センサStnが取り付けられている。
The variable capacity turbocharger 3 includes a
タービン31は、図8の部分詳細図で示すように、複数のタービン翼33aによって構成されたタービン翼車33の外周部に、タービン翼33aへの排気ガスの流路断面積を無段階に変化することの出来る可変案内翼であるノズルベーン34がタービン翼車33を包囲するように構成されている。
As shown in the partial detail view of FIG. 8, the
前記複数のノズルベーン34は、図示では明確に描いていないが、アクチュエータ(図1の符号35)によって、開度が無段階に変化する。
換言すれば、アクチュエータ35を制御することによって、ノズルベーン34の開度が自由に調節することが出来、従って、タービン翼車33の回転速度が制御される。
図8において実線で示したノズルベーン34は開度の大きな状態を、又、破線で示すノズルベーン34は開度の小さな状態を示す。
The plurality of
In other words, the opening degree of the
In FIG. 8, the
図1に戻り、前記ターボチャージャ3のコンプレッサ32と吸気マニフォールド4とは途中に吸気を冷却するためのインタクーラ6を介装した吸気管7によって連通されている。
Returning to FIG. 1, the
エンジン1にはエンジン負荷を検出するための負荷センサ8とエンジン回転数を検出するためのエンジン回転センサ9が取り付けられており、信号ラインLiによってコントロールユニット10に接続されている。そのコントロールユニット10はアクセル開度センサ11とも信号ラインLiによって接続されている。
尚、コントロールユニット10には種々の運転条件での各種特性を表すマップを記憶したデータベース12を備えている。
The
The
又、前記アクチュエータ35はコントロールユニット10と制御信号ラインLoによって接続されている。更に、該アクチュエータ35側或いはノズルベーン34側にはノズルベーンの開度を検出する例えばポテンショ36が取り付けられ、信号ラインLiによってコントロールユニット10に接続されている。
The
ここで、前記ノズルベーン(可変案内翼)34の開度(α)とターボチャージャ3の回転数(回転速度Nt)との関係(図3;Nt線図)、およびノズルベーン34の開度(α)とエンジンブレーキ力(Fb)との関係(図4;Fb線図)を説明する。
Here, the relationship between the opening degree (α) of the nozzle vane (variable guide vane) 34 and the rotational speed (rotational speed Nt) of the turbocharger 3 (FIG. 3; Nt diagram), and the opening degree (α) of the
図3及び図4は同じ運転条件の場合のノズルベーン34の開度とターボチャージャ3の回転数との関係と、ノズルベーン34の開度とエンジンブレーキ力との関係とを特性図として表した図(マップ)である。
図3及び図4で示したマップ及び、図3、図4と同様な様式で種々の運転条件の際のマップがコントロールユニット10に備えられた前記データベース12に記憶されている。
FIGS. 3 and 4 are graphs showing the relationship between the opening degree of the
The map shown in FIGS. 3 and 4 and the map under various operating conditions in the same manner as in FIGS. 3 and 4 are stored in the
図4のマップ(Fb線図)によって、ノズルベーン開度がαaとαbの間においてエンジンブレーキ力が高いことが窺える。図3のマップ(Nt線図)では、ノズルベーン開度が同じαaとαbの間ではターボの回転数Ntが開度を増すにつれて増加していることが分かる。 It can be seen from the map (Fb diagram) in FIG. 4 that the engine braking force is high when the nozzle vane opening is between αa and αb. From the map (Nt diagram) in FIG. 3, it can be seen that the turbo rotation speed Nt increases as the opening degree increases between the same nozzle vane opening degree αa and αb.
そこで、本実施形態では、ノズルベーン開度がαaとαbの間の領域を目標領域として、その目標領域の下限値をαa、上限値をαbとする。
すなわち、ある運転条件(図3、図4)では、ノズルベーン開度αaとαbの間の領域を目標領域に設定すれば、図4のFabの領域のエンジンブレーキ力が確保出来ることとなり、且つ図3で示すようにターボチャージャの回転数は右肩上がりの領域で制御される。
Therefore, in the present embodiment, a region where the nozzle vane opening degree is between αa and αb is set as a target region, a lower limit value of the target region is set as αa, and an upper limit value is set as αb.
That is, under a certain operating condition (FIGS. 3 and 4), if the region between the nozzle vane openings αa and αb is set as the target region, the engine braking force in the Fab region of FIG. 4 can be secured, and FIG. As indicated by 3, the rotation speed of the turbocharger is controlled in the upwardly rising area.
上述したように、コントロールユニット10は、ノズルベーン34の開度αの下限値がαaで上限値がαbである目標領域を設定するように構成されている。
そして、コントロールユニット10は、エンジンブレーキが作動中にターボチャージャ3の回転数が所定値よりも低いか否かを判断し、ターボチャージャ3の回転数が所定値よりも高く且つノズルベーン34の開度が下限値αaよりも大きな場合(図5のハッチングを施した領域)に、ノズルベーン34を閉じ側に作動(図5の白抜きの矢印)させ、ターボチャージャ3の回転数が所定値よりも低く且つノズルベーン34の開度が上限値αbよりも小さな場合(図6のハッチングを施した領域)に、ノズルベーン34を開き側に作動(図6の白抜きの矢印)させるべく制御するように構成されている。
そのような制御を繰返し行うことによって、ターボチャージャ3の回転数を目標値に次第に近づけることが出来る。
As described above, the
Then, the
By repeatedly performing such control, the rotational speed of the turbocharger 3 can be gradually brought closer to the target value.
次に、図2を参照して第1実施形態の制御方法を説明する。 Next, the control method of the first embodiment will be described with reference to FIG.
先ず、コントロールユニット10は、エンジンブレーキが作動した状態か否かを判断しており(ステップS1のループ)、エンジンブレーキが作動した状態であれば(ステップS1のYES)、次のステップS2に進む。
First, the
ステップS2では、コントロールユニット10は、ノズルベーン開度をαa(下限値)とαb(上限値)との間の領域に設定する。
In step S2, the
次にコントロールユニット10はノズルベーン開度を読込(ステップS3)、ターボチャージャの回転数を読込む(ステップS4)。
Next, the
次のステップS5では、コントロールユニット10は、ターボチャージャの回転数が目標値よりも低いか否かを判断する。
目標値より高ければ(ステップS5のNO)、ステップS6(こちらのルートでは図5も参照)に進み、目標値よりも低ければ(ステップS5のYES)、ステップS7(こちらのルートでは図6も参照)に進む。
In the next step S5, the
If it is higher than the target value (NO in step S5), the process proceeds to step S6 (see also FIG. 5 for this route). If it is lower than the target value (YES in step S5), step S7 (FIG. 6 is also used for this route). Go to Reference).
ステップS6では、コントロールユニット10はノズルベーン開度が目標領域の下限値αaよりも小さい(狭い)か否かを判断しており、小さければ(ステップS6のYES)目標領域を逸脱しているのでステップS2まで戻り、ステップS2以降を繰り返す(やり直す)。
一方、下限値αaよりも大きければ(ステップS6のNO)、可変翼34を閉じ側に動かす(図5の白抜きの矢印を参照)ように制御信号を発信(ステップS8)した後、ステップS1に戻り再びステップS1以降の制御を繰り返す。
In step S6, the
On the other hand, if it is larger than the lower limit value αa (NO in step S6), a control signal is transmitted so as to move the
ステップS7のループでは、コントロールユニット10はノズルベーン34の開度が目標領域の上限値αbよりも大きい(広い)か否かを判断しており、大きければ(ステップS7のYES)目標領域を逸脱しているのでステップS2まで戻り、ステップS2以降を繰り返す(やり直す)。
一方、上限値αbよりも小さければ(ステップS7のNO)、ノズルベーン34を開き側に動かす(図6の白抜きの矢印を参照)ように制御信号を発信(ステップS9)した後、ステップS1に戻り再びステップS1以降の制御を繰り返す。
In the loop of step S7, the
On the other hand, if it is smaller than the upper limit αb (NO in step S7), a control signal is transmitted (step S9) to move the
係る構成及び制御方法を有する第1実施形態によれば、ノズルベーン開度の目標領域を設定するように構成されており、エンジンブレーキが作動中に、ターボチャージャ3の回転数が所定値よりも低いか否かを判断し、ターボチャージャ3の回転数が所定値よりも高く且つノズルベーン開度が前記目標値の下限値αaよりも大きな場合にノズルベーンを閉じ側に作動させ、ターボチャージャ3の回転数が所定値よりも低く且つノズルベーン開度が前記目標領域の上限値αbよりも小さな場合にノズルベーンを開き側に作動させるように制御されるため、エンジンブレーキ解除時でのターボ回転数が上昇するまでのタイムラグが少なくなり、加速性能を向上させることが出来る According to the first embodiment having such a configuration and the control method, it is configured to set the target region of the nozzle vane opening, and the rotational speed of the turbocharger 3 is lower than a predetermined value while the engine brake is operating. When the rotational speed of the turbocharger 3 is higher than a predetermined value and the nozzle vane opening is larger than the lower limit value αa of the target value, the nozzle vane is operated to the closed side, and the rotational speed of the turbocharger 3 is determined. Is lower than the predetermined value and the nozzle vane opening degree is smaller than the upper limit value αb of the target area, the nozzle vane is controlled to open to the open side, so that the turbo speed at the time of releasing the engine brake increases. Acceleration performance can be improved with less time lag
又、ターボチャージャ3の回転数を検出する回転速度センサ(Stn)を除けば通常のエンジンに付帯しているユニットが多く、新たなユニットの増設による組付け作業の増加やコスト高等を抑制することが出来る。 In addition, except for the rotational speed sensor (Stn) that detects the rotational speed of the turbocharger 3, there are many units attached to the normal engine, which suppresses the increase in assembly work and the high cost due to the addition of new units. I can do it.
次に、図7を参照して第2実施形態を説明する。 Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
図1及び図2の第1実施形態ではノズルベーン(可変案内翼)34の開度の目標領域はコントロールユニット10に装備されたデータベース12に記憶された運転状況毎のマップ上の特定領域であった。
In the first embodiment of FIGS. 1 and 2, the target area of the opening degree of the nozzle vane (variable guide vane) 34 is a specific area on the map for each operation situation stored in the
それに対して、図7の第2実施形態ではノズルベーン34の開度の下限値および上限値は予め設定された特定値として設定してある。
従って、図7の第2実施形態では、第1実施形態で要したデータベース12及び該データベース12に記憶されたマップが省略されている。
上記以外の構成及び制御方法に関しては第1実施形態と実質的に同様であり以降の説明を省略する。
On the other hand, in the second embodiment of FIG. 7, the lower limit value and the upper limit value of the opening degree of the
Therefore, in the second embodiment of FIG. 7, the
The configuration and control method other than those described above are substantially the same as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術範囲を限定する趣旨の記述ではない。
例えば、図示の実施形態では吸気系統7にインタークーラ6を介装しているが、インタークーラ6は省略してもよい。
又、図示の例では、制御パラメータを検出する手段としてエンジン負荷センサ8、及びエンジン回転センサ9を用いたが、例えば、ノックセンサを用いることも可能である。
The illustrated embodiments are merely examples, and are not intended to limit the technical scope of the present invention.
For example, although the intercooler 6 is interposed in the intake system 7 in the illustrated embodiment, the intercooler 6 may be omitted.
In the illustrated example, the
1・・・エンジン
2・・・排気マニフォールド
3・・・可変容量型ターボチャージャ
4・・・吸気マニフォールド
6・・・インタクーラ
7・・・吸気管
8・・・負荷センサ
9・・・エンジン回転センサ
10・・・コントロールユニット
31・・・タービン
32・・・コンプレッサ
34・・・ノズルベーン
35・・・アクチュエータ
36・・・ポテンショ/開度検出手段
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