JP2008255896A - 可変動弁機構の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】左右バンク間のトルク段差の発生を防止することを目的とする。
【解決手段】本発明は、第１バンク及び第２バンクを備え、それぞれのバンクごとに独立した過給機を設けたエンジンのトルク段差の発生を防止するトルク段差発生防止制御装置であって、運転状態に基づいて、それぞれのバンクの過給機の目標過給圧を算出する目標過給圧演算手段と、目標過給圧に基づいて、それぞれのバンクの過給機の過給圧を制御する過給圧制御手段と、それぞれのバンクの過給機の実過給圧を検出する実過給圧検出手段と、運転状態が過渡状態か否かを判定する過渡判定手段（Ｓ１）と、過渡判定手段による過渡判定に応じて、同じ目標過給圧に設定されたそれぞれのバンクの過給機の目標過給圧に対する実過給圧の応答特性が同等となるように、いずれか一方のバンクの過給機の目標過給圧を補正する目標過給圧補正手段（Ｓ２）と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は可変動弁機構の制御装置に関する。

従来から、左右バンクに独立して設けられたターボチャージャに対して、それぞれ独立に目標過給圧を設定し、その目標過給圧となるように制御するツインターボシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１２０３５４号公報

しかしながら、上述した従来のツインターボシステムは、左右バンクのターボチャージャに対して、それぞれ同じ目標過給圧を設定しても、部品バラツキや経時劣化等によって、目標過給圧に対する実過給圧の応答性に違いが生じることがあった。その結果、実過給圧の差異に起因して、左右バンクの燃料噴射量に差異が生じ、左右バンク間でトルク段差が発生するという問題点があった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、左右バンク間のトルク段差の発生を防止することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって、前記課題を解決する。

本発明は、第１バンク及び第２バンクを備え、それぞれのバンクごとに独立した過給機を設けたエンジンのトルク段差の発生を防止するトルク段差発生防止制御装置であって、運転状態に基づいて、前記それぞれのバンクの過給機の目標過給圧を算出し、前記目標過給圧に基づいて、前記それぞれのバンクの過給機の過給圧を制御し、前記それぞれのバンクの過給機の実過給圧を検出し、運転状態が過渡状態か否かを判定し、前記過渡判定手段による過渡判定に応じて、同じ目標過給圧に設定された前記それぞれのバンクの過給機の目標過給圧に対する実過給圧の応答特性が同等となるように、いずれか一方のバンクの過給機の目標過給圧を補正する。

左右バンクの目標過給圧を、検出した実過給圧と運転状態とに基づいて補正することで、左右バンク間のトルク段差の発生を防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明によるトルク段差発生防止装置をツインターボのＶ型ディーゼルエンジンに適用した場合の実施形態を示す図である。なお、以下の説明では、発明の理解を容易にするために、左右バンクで同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。そして、右バンクと左バンクとを区別する場合には、必要に応じて、右バンクの一部であることを示す符号Ｒと、左バンクの一部であることを示す符号Ｌと、を参照符号に付け加える。

左右バンクをそれぞれ過給するツインターボのＶ型ディーゼルエンジン１０は、燃焼室１１に接続される吸気通路２０と排気通路３０とを備える。吸気通路２０と排気通路３０とはＥＧＲ通路４０で連通される。排気の一部は、ＥＧＲ通路４０を介して吸気通路２０に再循環する。ＥＧＲ通路４０のＥＧＲ弁４１はＥＧＲ量を調整する。ＥＧＲ弁４１には、開度センサが設けられておりその出力値により実開度が検出される
可変ターボチャージャ５０のコンプレッサ５１は吸気通路２０に配置される。ターボチャージャ５０のタービン５２は排気通路３０に配置される。タービン５２はコンプレッサ５１と同軸である。エンジン１０の排気圧力によってタービン５２が回転すると、一体回転するコンプレッサ５１が吸気を過給する。可変ターボチャージャ５０はベーンノズル５３を備える。ベーンノズル５３は、開閉して可変ターボチャージャ５０の過給圧を調整する。アクチュエータ５４はベーンノズル５３の開度を調整する。リフトセンサ５５はアクチュエータ５４の作動量を検出する。アクチュエータ５４の作動量がノズルベーン５３の開閉量である。

吸気通路２０には、エアフローメータ２１と、インタークーラ２２と、吸気コレクタ２３と、過給圧センサ２４とが設けられる。

エアフローメータ２１は、吸気通路２０に吸入される空気の流量(吸気量)を検出する。インタークーラ２２は、コンプレッサ５１によって圧送された空気を冷却する。吸気コレクタ２３は、吸気を一時的に蓄えることで、吸気脈動を低減する。吸気コレクタ２３の内部圧力は、過給圧センサ２４によって検出される。

燃料ポンプ６１は、燃料を高圧化してコモンレール６２に供給する。コモンレール６２は、高圧燃料を蓄えた後、燃料を各フューエルインジェクタ６３へ供給する。フューエルインジェクタ６３は、コモンレール６２から供給された燃料をエンジン１０の燃焼室１１に噴射する。

排気通路３０には、λセンサ３１が設けられる。λセンサ３１は、タービン５２の下流の排気の空気過剰率を検出する。

コントローラ７０は、運転状態に基づいて、ノズルベーン５３の開度を調整して可変ターボチャージャ５０の過給圧を制御するとともに、フューエルインジェクタ６３から噴射される燃料噴射量を制御する。なお、運転状態を検出するため、コントローラ７０には、上述したセンサの他に、アクセル開度センサやエンジン回転速度センサ、水温センサ等からの信号が入力されている。コントローラ７０は中央演算装置(ＣＰＵ)、読み出し専用メモリ(ＲＯＭ)、ランダムアクセスメモリ(ＲＡＭ)及び入出力インタフェース(Ｉ／Ｏインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。

このような構成のもとで、吸気通路２０に吸入された吸入空気はコンプレッサ５１で過給され、インタークーラ２２で冷却され、コレクタ２３を介して燃焼室１１に流入する。流入空気はフューエルインジェクタ６３から噴射された燃料と混合し、燃焼室１１で燃焼する。燃焼ガスは排気通路３０へと排出され、タービン５２を回転させた後、λセンサ３１で空気過剰率が検出されて排出される。排気の一部はＥＧＲ通路４０を通ってコレクタ２３に再循環する。

図６は、ターボチャージャを左右バンクにそれぞれ独立して設けるツインターボシステムの従来の問題点について説明する図である。

上述した構成のツインターボシステムにおいては、左右バンクのターボチャージャに対して、それぞれ同じ目標過給圧を設定しても、部品バラツキや経時劣化等によって、目標過給圧に対する実過給圧の応答性に違いが生じることがある。つまり、図６に示すように、目標過給圧に収束するようにフィードフォワード・フィードバック制御しても、過渡時の左右バンクのターボチャージャの実過給圧の応答性に差異が生じることになる。燃料噴射量は空気量等に基づいて演算されるため、実過給圧に差異が生じると、左右バンクのフューエルインジェクタから噴射される燃料量にも差異が生じる。その結果、バンク間でトルク段差が発生してしまうという問題点があった。

そこで本発明では、左右バンクの実過給圧を検出し、その実過給圧と運転状態とに基づいて左右バンクの目標過給圧を補正するとともに、燃料噴射量を左右バンクで同量とすることによって、左右バンク間のトルク段差の発生を防止する。

以下では、コントローラ７０で実行される、このトルク段差発生防止制御について説明する。

図２は、本発明によるトルク段差発生防止制御について説明するフローチャートである。

ステップＳ１において、コントローラ７０は、過渡状態判定処理を実行する。具体的な処理については図３を参照して後述する。

ステップＳ２において、コントローラ７０は、目標過給圧設定処理を実行する。具体的な処理については図４を参照して後述する。

ステップＳ３において、コントローラ７０は、燃料噴射量設定処理を実行する。具体的な処理については図５を参照して後述する。

図３は、過渡状態判定処理について説明するフローチャートである。

ステップＳ１１において、コントローラ７０は、アクセル開度センサで検出された今回の処理におけるアクセル開度Ang_accと、前回の処理におけるアクセル開度Ang_acczと、の差分ΔAng_acc（＝Ang_acc−Ang_accz）が、所定値const_Aより大きいか否かを判定する。コントローラ７０は、アクセル開度差分ΔAng_accがconst_Aよりも大きければ、過渡状態と判定してステップＳ１５に処理を移行し、そうでなければステップＳ１２に処理を移行する。

ステップＳ１２において、コントローラ７０は、過給圧センサ２４で検出された今回の処理における実過給圧rP_colと、前回の処理における実過給圧rP_colzと、の差分ΔrP_col（＝rP_col−rP_colz）が、所定値const_Bより大きいか否かを判定する。コントローラ７０は、実過給圧差分ΔrP_colがconst_Bよりも大きければ、過渡状態と判定してステップＳ１５に処理を移行し、そうでなければステップＳ１３に処理を移行する。

ステップＳ１３において、コントローラ７０は、エンジン回転速度センサで検出された今回の処理におけるエンジン回転速度rN_engと、前回の処理における実過給圧rN_engzと、の差分ΔrN_eng（＝rN_eng−rN_engz）が、所定値const_Cより大きいか否かを判定する。コントローラ７０は、エンジン回転速度差分ΔrN_engがconst_Cよりも大きければ、過渡状態と判定してステップＳ１５に処理を移行し、そうでなければステップＳ１４に処理を移行する。

ステップＳ１４において、コントローラ７０は、今回の処理における共通目標噴射量tQ_flと、前回の処理における共通目標噴射量tQ_flzと、の差分ΔtQ_fl（＝tQ_fl−tQ_flz）が、所定値const_Dより大きいか否かを判定する。ここで、共通目標噴射量とは、後述する燃料噴射量設定処理によって設定される左右バンクで共通の目標燃料噴射量のことである。コントローラ７０は、共通目標噴射量差分ΔtQ_flがconst_Dよりも大きければ、過渡状態と判定してステップＳ１５に処理を移行し、そうでなければステップＳ１６に処理を移行する。

このように、コントローラ７０は、ステップＳ１１〜Ｓ１４の条件がひとつでも満たされれば過渡状態と判定してステップＳ１５に処理を移行し、条件が全て満たされなければ定常状態と判定してステップＳ１６に処理を移行する。

ステップＳ１５において、コントローラ７０は、過渡状態であるとして、過渡判定フラグＦｔｓを１にセットする。

ステップＳ１６において、コントローラ７０は、定常状態であるとして、過渡判定フラグＦｔｓを０にセットする。

図４は、目標過給圧設定処理について説明するフローチャートである。

ステップＳ２１において、コントローラ７０は、運転状態に基づいて、左右バンクの可変ターボチャージャ５０Ｌ，５０Ｒの基本目標過給圧b_tP_col_L及びb_tP_col_Rを算出する。

ステップＳ２２において、コントローラ７０は、左バンクの過給圧センサ２４Ｌで検出された今回の処理における実過給圧rP_col_Lと、前回の処理における実過給圧rP_col_Lzと、の差分ΔrP_col_L（＝rP_col_L−rP_col_Lz）を算出する。同様に、右バンクの実過給圧差分ΔrP_col_Rを算出する。

ステップＳ２３において、コントローラ７０は、左右バンクの実過給圧差分の偏差dP_col（＝｜ΔrP_col_L−ΔrP_col_R｜）を算出する。

ステップＳ２４において、コントローラ７０は、偏差dP_colが所定値const_dPよりも大きいか否かを判定する。コントローラ７０は、偏差dP_colがconst_dPよりも大きければステップＳ２４に処理をし、そうでなければステップＳ２８に処理を移行する。

ステップＳ２５において、コントローラ７０は、過渡判定フラグＦｔｓが１にセットされているか否かを判定する。コントローラ７０は、過渡判定フラグＦｔｓが１にセットされていれば過渡状態であるとしてステップＳ２６に処理を移行し、０にセットされていれば定常状態であると判定してステップＳ２７に処理を移行する。

ステップＳ２６において、コントローラ７０は、過渡時における基本目標過給圧の補正係数を、左右バンクの可変ターボチャージャ５０Ｌ，５０Ｒごとに算出する。具体的には、次式（1.1）に基づいて左バンクの可変ターボチャージャ５０Ｌの基本目標過給圧の補正係数kP_col_Lを算出し、（1.2）に基づいて右バンクの可変ターボチャージャ５０Ｒの基本目標過給圧の補正係数kP_col_Rを算出する。なお、補正係数kP_col_L及びkP_col_Rの最小値は１に設定される。すなわち、演算結果が１以下になったときは、補正係数kP_col_L及びkP_col_Rは１に設定される。

ステップＳ２７において、コントローラ７０は、定常時における基本目標過給圧の補正係数を、左右バンクの可変ターボチャージャ５０Ｌ，５０Ｒごとに算出する。具体的には、次式（2.1）に基づいて左バンクの可変ターボチャージャ５０Ｌの基本目標過給圧の補正係数kP_col_Lを算出し、（2.2）に基づいて右バンクの可変ターボチャージャ５０Ｒの基本目標過給圧の補正係数kP_col_Rを算出する。なお、補正係数kP_col_L及びkP_col_Rの最大値は１に設定される。すなわち、演算結果が１以上になったときは、補正係数kP_col_L及びkP_col_Rは１に設定される。

ステップＳ２８において、コントローラ７０は、算出した補正係数に基づいて左右バンクの可変ターボチャージャ５０Ｌ，５０Ｒの基本目標過給圧を補正して目標過給圧を算出する。具体的には、次式（3.1）に基づいて左バンクの可変ターボチャージャ５０Ｌの基本目標過給圧b_tP_col_Lを補正して目標過給圧tP_col_Lを算出し、（3.2）に基づいて右バンクの可変ターボチャージャ５０Ｒの基本目標過給圧b_tP_col_Rを補正して目標過給圧tP_col_Lを算出する。

このようにステップＳ２６〜Ｓ２８において、コントローラ７０で実行される基本目標過給圧の補正処理は、基本的に目標過給圧に対する応答が遅れている側のターボチャージャの目標過給圧について実行される。

ステップＳ２９において、コントローラ７０は、基本目標過給圧を補正せずに、基本目標過給圧を目標過給圧として設定する。

図５は、燃料噴射量設定処理について説明するフローチャートである。

ステップＳ３１において、コントローラ７０は、実過給圧など運転状態に基づいて、左バンクのフューエルインジェクタ６３Ｌから噴射する燃料量（目標燃料噴射量）tQ_fl_Lを算出する。

ステップＳ３２において、コントローラ７０は、実過給圧など運転状態に基づいて、右バンクのフューエルインジェクタ６３Ｒから噴射する燃料量（目標燃料噴射量）tQ_fl_Rを算出する。

ステップＳ３３において、コントローラ７０は、目標燃料噴射量tQ_fl_Lと目標燃料噴射量tQ_fl_Rとの大小を比較する。コントローラは、tQ_fl_LがtQ_fl_Rよりも大きければステップＳ３４に処理を移行し、tQ_fl_LがtQ_fl_Rよりも小さければステップＳ３５に処理を移行する。

ステップＳ３４及びＳ３５において、コントローラ７０は、過渡判定フラグＦｔｓが１にセットされているか否かを判定する。コントローラ７０は、過渡判定フラグＦｔｓが１にセットされていれば過渡状態であるとして、ステップＳ３６又はＳ３８に処理を移行し、０にセットされていれば定常状態であると判定してステップＳ３７又はＳ３９に処理を移行する。

ステップＳ３６及びＳ３９において、コントローラ７０は、目標燃料噴射量tQ_fl_Lを左右バンクの共通目標噴射量tQ_flに設定する。

ステップＳ３７及びＳ３８において、コントローラ７０は、目標燃料噴射量tQ_fl_Rを左右バンクの共通目標噴射量tQ_flに設定する。

つまり、ステップＳ３３〜Ｓ３９において、コントローラ７０は、過渡状態であれば、左右バンクの目標燃料噴射量のうち大きいほうを左右バンクの共通の燃料噴射量として設定する。一方、定常状態であれば、左右バンクの目標燃料噴射量のうち小さいほうを左右バンクの共通の燃料噴射量として設定する。

以上説明した本実施形態によれば、部品バラツキや経時劣化等によって、左右バンクのターボチャージャの目標過給圧に対する実過給圧の応答性にズレが発生した場合に、実過給圧と運転状態（過渡状態か定常状態か）とに基づいて、目標過給圧に対する応答が遅れている側のターボチャージャの目標過給圧を補正する。これにより、左右バンクのターボチャージャの目標過給圧に対する応答性を向上させることができる。

また、目標過給圧の補正によって、左右バンクの吸入空気量の差異が少なくなるので、左右バンクのトルク段差を防止することができる。さらに、左右バンクの目標燃料噴射量を共通とすることで、より左右バンクのトルク段差を防止することができる。

なお、以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることは明白である。

例えば、Ｖ型エンジンを例示して説明したが、水平対向型エンジンであってもよい。

また、本実施形態では、ターボチャージャの出力をベーンノズルの開度で調整するタイプを例示して説明したが、ウエストゲートバルブや排気シャッタによって出力調整するタイプであってもよい。

また、本実施形態では、実過給圧を過給圧センサ２４によって検出したが、エアフローメータ２１で検出した吸入空気量とウエストゲートバルブの開度とに基づいてタービン５２に供給される排出ガス量（以下「タービン供給ガス量」という）を算出して、そのタービン供給ガス量に基づいて過給機の実過給圧を推定してもよい。あるいは、λセンサ３１による空気過剰率と燃料噴射量とから吸入空気量を求めて、前記と同様に、この吸入空気量とウエストゲートバルブの開度とに基づいて過給圧を算出してもよい。

さらに、本実施形態では、今回処理における実過給圧rP_colと、前回処理における実過給圧rP_colzと、の差分ΔrP_colを左右バンクでそれぞれ算出し、その左右バンクごとの実過給圧の偏差dP_colに基づいて基本目標過給圧b_tP_colを補正したが、今回処理における左右バンクの実過給圧rPcol_L，rP_col_Rの偏差（＝｜rPcol_L−rP_col_R｜）に基づいて基本目標過給圧b_tP_colを補正してもよい。

本発明によるトルク段差発生防止装置をツインターボのＶ型ディーゼルエンジンに適用した場合の実施形態を示す図である。 本発明によるトルク段差発生防止制御について説明するフローチャートである。 過渡状態判定処理について説明するフローチャートである。 目標過給圧設定処理について説明するフローチャートである。 燃料噴射量設定処理について説明するフローチャートである。 ターボチャージャを左右バンクにそれぞれ独立して設けるツインターボシステムの従来の問題点について説明する図である。

符号の説明

１０ Ｖ型ディーゼルエンジン（エンジン）
２０ 吸気通路
２３ 吸気コレクタ
２４ 過給圧センサ（実過給圧検出手段）
５０ 可変ターボチャージャ（過給機）
５２ タービン（排気タービン）
５３ ベーンノズル（過給圧制御手段）
６３ 燃料噴射装置
Ｓ１ 過渡状態判定手段
Ｓ２ 目標過給圧補正手段
Ｓ２１ 目標過給圧演算手段
Ｓ２２ 差分演算手段
Ｓ２３ 偏差演算手段
Ｓ３１ 目標燃料噴射量演算手段
Ｓ３２ 目標燃料噴射量演算手段
Ｓ３６ 共通目標噴射量設定手段
Ｓ３７ 共通目標噴射量設定手段
Ｓ３８ 共通目標噴射量設定手段
Ｓ３９ 共通目標噴射量設定手段

Claims (10)

1. 第１バンク及び第２バンクを備え、それぞれのバンクごとに独立した過給機を設けたエンジンのトルク段差の発生を防止するトルク段差発生防止制御装置であって、
   運転状態に基づいて、前記それぞれのバンクの過給機の目標過給圧を算出する目標過給圧演算手段と、
   前記目標過給圧に基づいて、前記それぞれのバンクの過給機の過給圧を制御する過給圧制御手段と、
   前記それぞれのバンクの過給機の実過給圧を検出する実過給圧検出手段と、
   運転状態が過渡状態か否かを判定する過渡判定手段と、
   前記過渡判定手段による過渡判定に応じて、同じ目標過給圧に設定された前記それぞれのバンクの過給機の目標過給圧に対する実過給圧の応答特性が同等となるように、いずれか一方のバンクの過給機の目標過給圧を補正する目標過給圧補正手段と、
   を備えたことを特徴とするトルク段差発生防止制御装置。
2. 前記それぞれのバンクの過給機の実過給圧の差分を算出する差分演算手段と、
   第１バンクの前記差分と、第２バンクの前記差分と、の偏差を算出する偏差演算手段を備え、
   前記目標過給圧補正手段は、前記偏差が所定値よりも小さくなるように、いずれか一方のバンクの過給機の目標過給圧を補正する
   ことを特徴とする請求項１に記載のトルク段差発生防止制御装置。
3. 第１バンクの実過給圧と、第２バンクの実過給圧と、の偏差を算出する偏差演算手段を備え、
   前記目標過給圧補正手段は、前記偏差が所定値よりも小さくなるように、いずれか一方のバンクの過給機の目標過給圧を補正する
   ことを特徴とする請求項１に記載のトルク段差発生防止制御装置。
4. それぞれのバンクに独立に設けられた燃料噴射装置と、
   前記実過給圧に基づいて、前記それぞれのバンクの燃料噴射装置の目標燃料噴射量を算出する目標燃料噴射量演算手段と、
   前記過渡判定手段による過渡判定に応じて、第１バンクの目標燃料噴射量及び第２バンクの目標燃料噴射量のうち、いずれか一方を各バンク共通の目標燃料噴射量に設定する共通目標噴射量設定手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１つに記載のトルク段差発生防止制御装置。
5. 前記実過給圧検出手段は、吸気コレクタの内部圧力を検出する過給圧センサである
   ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１つに記載のトルク段差発生防止制御装置。
6. 前記実過給圧検出手段は、吸気通路に吸入される空気の流量を検出するエアフローメータである
   ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１つに記載のトルク段差発生防止制御装置。
7. 前記実過給圧検出手段は、排気の空気過剰率を検出するλセンサである
   ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１つに記載のトルク段差発生防止制御装置。
8. 前記過給圧制御手段は、前記過給機の排気タービンに備えられたベーンノズルである
   ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか１つに記載のトルク段差発生防止制御装置。
9. 前記過給圧制御手段は、過給圧に応じて開閉して、排気の一部または全部を排気タービンにバイパスさせるウエストゲートバルブである
   ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか１つに記載のトルク段差発生防止制御装置。
10. 前記過給圧制御手段は、排気タービン下流の流路面積を可変調節可能な排気シャッタである
    ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか１つに記載のトルク段差発生防止制御装置。

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