JP2010174859A - Control device of internal combustion engine with supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine with a supercharger.
従来、例えば特許文献1には、いわゆるツインエントリ型ターボ過給機を備える内燃機関が開示されている。このツインエントリ型ターボ過給機を備える内燃機関では、一方の気筒から排出される排気ガスをタービンに導く第1排気通路と、他方の気筒から排出される排気ガスをタービンに導く第2排気通路とを含む排気通路を備えている。また、第1排気通路と第2排気通路とが連通する状態と、第1排気通路と第2排気通路とが遮断された状態とを切り換える通路連通制御弁を備えている。そして、この従来の内燃機関では、低出力トルク運転時や高回転速度運転時に、通路連通制御弁を開くようにしている。
Conventionally, for example,
ところで、排気通路と吸気通路とを接続するEGR通路と、当該EGR通路の開閉を担うEGR弁とを備え、いわゆる外部EGR制御を行う内燃機関が知られている。このような外部EGR制御を行う内燃機関において、上記ツインエントリ型ターボ過給機と上記通路連通制御弁(排気切換弁)とを備えるようにした場合には、外部EGR制御を行う運転領域において排気切換弁が開かれるようになっていると、内燃機関の背圧が低下し、背圧(排気圧力)と吸気圧力との差圧が減少してしまう。その結果、外部EGR率が低下するので、外部EGR制御を有効利用して燃費を十分に向上させることが難しくなる。 By the way, an internal combustion engine that includes an EGR passage that connects an exhaust passage and an intake passage and an EGR valve that opens and closes the EGR passage and performs so-called external EGR control is known. In such an internal combustion engine that performs external EGR control, when the twin entry turbocharger and the passage communication control valve (exhaust switching valve) are provided, the exhaust gas is exhausted in the operating region in which external EGR control is performed. When the switching valve is opened, the back pressure of the internal combustion engine decreases, and the differential pressure between the back pressure (exhaust pressure) and the intake pressure decreases. As a result, the external EGR rate decreases, and it becomes difficult to effectively improve the fuel consumption by effectively using the external EGR control.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ツインエントリ型ターボ過給機を備える内燃機関において、外部EGRガスの導入を行う運転領域における燃費をより確実に向上させ得る過給機付き内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and in an internal combustion engine equipped with a twin-entry turbocharger, it is possible to more reliably improve fuel efficiency in an operation region where external EGR gas is introduced. An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine with a supercharger.
第1の発明は、過給機付き内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気エネルギにより作動するタービンを排気通路に備えるターボ過給機と、
前記内燃機関の一方の気筒から排出される排気ガスを前記タービンに導く第1排気通路と、前記内燃機関の他方の気筒から排出される排気ガスを前記タービンに導く第2排気通路とを含む排気通路と、
前記第1排気通路と前記第2排気通路とが連通する状態と、前記第1排気通路と前記第2排気通路とが遮断された状態とを切り換える排気切換弁と、
前記第1排気通路および前記第2排気通路の少なくとも一方と、前記内燃機関の吸気通路とを接続するEGR通路と、
前記EGR通路の途中に配置され、前記EGR通路の開閉を担うEGR弁と、
前記内燃機関の所定の運転領域において、前記EGR通路を通って排気ガスが前記吸気通路に還流されるように前記EGR弁を制御するEGR制御手段と、
前記運転領域において、前記排気切換弁を閉じるように制御する切換弁制御手段と、
を備えることを特徴とする。
1st invention is a control apparatus of the internal combustion engine with a supercharger,
A turbocharger provided with an exhaust passage having a turbine operated by exhaust energy of the internal combustion engine;
Exhaust gas including a first exhaust passage that guides exhaust gas discharged from one cylinder of the internal combustion engine to the turbine, and a second exhaust passage that guides exhaust gas discharged from the other cylinder of the internal combustion engine to the turbine. A passage,
An exhaust switching valve that switches between a state in which the first exhaust passage and the second exhaust passage communicate with each other and a state in which the first exhaust passage and the second exhaust passage are blocked;
An EGR passage connecting at least one of the first exhaust passage and the second exhaust passage and an intake passage of the internal combustion engine;
An EGR valve disposed in the middle of the EGR passage and responsible for opening and closing the EGR passage;
EGR control means for controlling the EGR valve so that exhaust gas is recirculated to the intake passage through the EGR passage in a predetermined operating region of the internal combustion engine;
Switching valve control means for controlling the exhaust switching valve to be closed in the operating region;
It is characterized by providing.
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記内燃機関は、当該内燃機関と電動モータとを動力源として備えるハイブリッド車両に搭載されており、
前記ハイブリッド車両では、定常走行時に、前記内燃機関の動作点を、現在の動作点と同じ機関出力が維持される高機関回転数かつ低負荷側の動作点に移行させる制御が行われており、
前記切換弁制御手段は、前記運転領域内における前記内燃機関の動作点が高機関回転数かつ低負荷側の前記動作点に移行される場合に、前記排気切換弁を開くように制御する定常走行時弁制御手段を含むことを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
The internal combustion engine is mounted on a hybrid vehicle including the internal combustion engine and an electric motor as a power source,
In the hybrid vehicle, during steady running, control is performed to shift the operating point of the internal combustion engine to an operating point on the high engine speed and low load side that maintains the same engine output as the current operating point,
The switching valve control means controls to open the exhaust switching valve when the operating point of the internal combustion engine in the operating region is shifted to the operating point on the high engine speed and low load side. It includes an hour valve control means.
また、第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記切換弁制御手段は、前記運転領域において排気圧力が吸気圧力よりも所定値以上高い場合に、前記排気切換弁を開くように制御する圧力変化時弁制御手段を含むことを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
The switching valve control means includes pressure change time valve control means for controlling the exhaust switching valve to open when the exhaust pressure is higher than the intake pressure by a predetermined value or more in the operating region.
また、第4の発明は、第3の発明において、
前記タービンよりも上流側の部位において前記排気通路から分岐し、前記タービンよりも下流側の部位において再び前記排気通路に合流する排気バイパス通路と、
前記排気バイパス通路の途中に配置され、前記排気バイパス通路の開閉を担うウェイストゲートバルブと、を更に備え、
前記切換弁制御手段は、前記運転領域において排気圧力が吸気圧力よりも所定値以上高い場合に、前記ウェイストゲートバルブを開くように制御する圧力変化時第2弁制御手段を含むことを特徴とする。
Moreover, 4th invention is set in 3rd invention,
An exhaust bypass passage that branches off from the exhaust passage at a portion upstream of the turbine and merges with the exhaust passage again at a portion downstream of the turbine;
A waste gate valve disposed in the middle of the exhaust bypass passage and responsible for opening and closing the exhaust bypass passage;
The switching valve control means includes a second valve control means during pressure change for controlling the waste gate valve to open when the exhaust pressure is higher than the intake pressure by a predetermined value or more in the operating region. .
第1の発明によれば、EGR通路を通って排気ガスが吸気通路に還流されるように制御される運転領域(外部EGR導入領域)において、内燃機関の背圧が確保され易くなる。これにより、排気圧力と吸気圧力との差圧を確保し易くなるので、外部EGRガスの導入領域において、外部EGR率を十分に高く確保できるようになる。これにより、外部EGR導入領域における燃費をより確実に向上させることが可能となる。 According to the first invention, the back pressure of the internal combustion engine is easily secured in the operation region (external EGR introduction region) in which the exhaust gas is controlled to recirculate to the intake passage through the EGR passage. As a result, it becomes easy to ensure the differential pressure between the exhaust pressure and the intake pressure, so that the external EGR rate can be sufficiently high in the external EGR gas introduction region. Thereby, it becomes possible to improve the fuel consumption in the external EGR introduction region more reliably.
内燃機関の動作点を高機関回転数かつ低負荷側の動作点に移行させる制御が行われると、吸気圧力(過給圧)が下がるので、排気切換弁を閉じる制御に頼らずに、排気圧力と吸気圧力との差圧を確保し易い環境が得られる。このため、移行前と比べ、外部EGRガスを確保し易くなる。そのうえで、第2の発明によれば、このような動作点の移行制御が行われる際に、排気切換弁が開かれるようになっていることで、背圧が下がり、内部EGRガス量を減らすことができるので、ノックを抑制することができる。これにより、点火時期のリタードの実施等を抑制することができるので、内燃機関を効率(燃費)良く運転できるようになる。以上のように、本発明によれば、定常走行時において、車両全体としての効率を高めながら、かつ、外部EGRガスを確保しながら、ノックを抑制して燃費向上を図ることが可能となる。 If control is performed to shift the operating point of the internal combustion engine to an operating point on the high engine speed and low load side, the intake pressure (supercharging pressure) decreases, so the exhaust pressure does not depend on the control to close the exhaust switching valve. An environment where it is easy to ensure a differential pressure between the intake pressure and the intake pressure is obtained. For this reason, it becomes easier to secure external EGR gas than before the transition. In addition, according to the second aspect of the present invention, when such an operating point transition control is performed, the exhaust switching valve is opened, so that the back pressure is lowered and the amount of internal EGR gas is reduced. Therefore, knocking can be suppressed. As a result, it is possible to suppress the execution of ignition timing retard and the like, so that the internal combustion engine can be operated with high efficiency (fuel consumption). As described above, according to the present invention, it is possible to improve the fuel efficiency by suppressing knocking while improving the efficiency of the entire vehicle and securing the external EGR gas during steady running.
第3の発明によれば、排気圧力が吸気圧力よりも所定値以上高いことでEGRガス量が過多となるおそれのある状況下において、背圧を下げることができ、排気圧力(背圧)と吸気圧力との差圧をなるべく小さくすることができる。これにより、EGRガス量が過多となるのを抑制することができる。 According to the third aspect of the present invention, the back pressure can be lowered under a situation where the exhaust gas pressure is higher than the intake pressure by a predetermined value or more and the EGR gas amount may be excessive, and the exhaust pressure (back pressure) The differential pressure from the intake pressure can be made as small as possible. Thereby, it can suppress that the amount of EGR gas becomes excessive.
第4の発明によれば、排気圧力が吸気圧力よりも所定値以上高い場合に、排気切換弁に加え、ウェイストゲートバルブも開かれるようになっていることで、第3の発明に比して、背圧をより効果的に低下させることができる。これにより、EGRガス量が過多となるのをより効果的に抑制することが可能となる。 According to the fourth invention, when the exhaust pressure is higher than the intake pressure by a predetermined value or more, in addition to the exhaust switching valve, the waste gate valve is also opened. The back pressure can be reduced more effectively. Thereby, it becomes possible to suppress more effectively that the amount of EGR gas is excessive.
実施の形態1.
[HVシステムの構成]
図1は、本発明が適用されたハイブリッド車両の駆動システムの概略構成を示す図である。この駆動システム10は、車両の動力源として内燃機関12と車両駆動用モータ(以下、単に「モータ」)14とを備えている。また、駆動システム10は、駆動力の供給を受けて電力を発生する発電機16も備えている。内燃機関12、モータ14、および発電機16は、動力分割機構18を介して相互に連結されている。動力分割機構18につながるモータ14の回転軸には、減速機20が接続されている。減速機20は、モータ14の回転軸と駆動輪22につながる駆動軸24とを連結している。動力分割機構18は、内燃機関12の駆動力を発電機16側と減速機20側とに分割する装置である。動力分割機構18による駆動力の配分は、任意に変更することができる。
[Configuration of HV system]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a drive system for a hybrid vehicle to which the present invention is applied. The
駆動システム10には、更に、インバータ26、コンバータ28、および高圧バッテリ30が含まれている。インバータ26は、発電機16およびモータ14に接続されているとともに、コンバータ28を介して高圧バッテリ30にも接続されている。発電機16で発電された電力は、インバータ26を介してモータ14に供給することもできるし、インバータ26およびコンバータ28を介して高圧バッテリ30に充電することもできる。また、高圧バッテリ30に充電されている電力は、コンバータ28およびインバータ26を介してモータ14に供給することができる。
The
以上説明した駆動システム10によれば、所定の条件に基づいて、モータ14を停止させて内燃機関12の駆動力のみによって駆動輪22を回転させることもできるし、逆に、内燃機関12を停止させてモータ14の駆動力のみによって駆動輪22を回転させることもできる。更に、モータ14と内燃機関12の双方を作動させ、双方の駆動力によって駆動輪22を回転させることもできる。また、駆動システム10によれば、モータ14を内燃機関12のスタータとして機能させることもできる。つまり、内燃機関12の始動時に、モータ14の駆動力の一部或いは全部を動力分割機構18を介して内燃機関12に入力することで、内燃機関12をクランキングすることができる。
According to the
本実施形態の駆動システム10は、ECU(Electronic Control Unit)40によって制御されている。ECU40は、内燃機関12、モータ14、発電機16、動力分割機構18、インバータ26、およびコンバータ28等を含む駆動システム10の全体を総合的に制御している。
The
[内燃機関のシステム構成]
図2は、図1に示す内燃機関12のシステムの構成を説明するための図である。ここでは、内燃機関12の爆発順序は、#1→#3→#4→#2であるものとする。内燃機関12は、筒内に空気を取り込むための吸気通路42を備えている。吸気通路42の入口付近には、エアクリーナ44が設けられている。エアクリーナ44よりも下流側の吸気通路42には、ターボ過給機46のコンプレッサ46aが配置されている。ターボ過給機46は、排気ガスの排気エネルギによって作動するタービン46bを備えている。コンプレッサ46aは、タービン46bと一体的に連結され、タービン46bに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動されるようになっている。
[System configuration of internal combustion engine]
FIG. 2 is a diagram for explaining a system configuration of the
また、コンプレッサ46aよりも下流側の吸気通路42には、コンプレッサ46aにより圧縮された吸入空気を冷却するためのインタークーラ48が配置されている。インタークーラ48の下流には、図示省略するスロットルモータにより駆動される電子制御式のスロットルバルブ50が配置されている。スロットルバルブ50を通過した吸入空気は、吸気マニホールド52により分配されて、各気筒に流入する。更に、エアクリーナ44の下流近傍には、吸入空気量を検出するエアフローメータ54が設置されており、スロットルバルブ50の下流近傍には、吸気圧力を検出する吸気圧センサ56が設置されている。
An
また、内燃機関12は、筒内から排出される排気ガスが流れる排気通路58を備えている。排気通路58は、内燃機関12の一方の気筒(#1と#4)から排出される排気ガスをタービン46bに導く第1排気通路58aと、内燃機関12の他方の気筒(#2と#3)から排出される排気ガスをタービン46bに導く第2排気通路58bとを備えている。上記ターボ過給機46は、このように構成された第1排気通路58aと第2排気通路58bを介して、上記一方の気筒(#1と#4)と上記他方の気筒(#2と#3)から独立して排気ガスの供給を受けるターボ過給機、すなわち、いわゆるツインエントリ型ターボ過給機である。
The
また、図2に示すように、第1排気通路58aと第2排気通路58bとは、互いに近接した部位を有している。そして、当該部位には、第1排気通路58aと第2排気通路58bとが連通する状態と、第1排気通路58aと第2排気通路58bとが遮断された状態とを切り換えるための排気切換弁60が配置されている。このような構成によれば、必要に応じて排気切換弁60の開閉を制御することで、排気系容積を調整することができる。より具体的には、排気切換弁60を閉じることによって第1排気通路58aと第2排気通路58bとが遮断された状態とすることで、各気筒から排出される排気ガスがそれぞれ通る流路容積を少なくすることができる。そして、その状態から排気切換弁60を開くことによって第1排気通路58aと第2排気通路58bとが連通する状態とすることで、各気筒から排出される排気ガスが通る流路容積を拡大させ、これにより、平均背圧を下げることができる。このように、排気切換弁60の開閉を制御することで、内燃機関12の背圧を調整することができる。
As shown in FIG. 2, the
また、タービン46bよりも下流側の排気通路58には、排気ガスを浄化するための触媒62が配置されている。更に、内燃機関12の排気系には、タービン46bをバイパスする排気バイパス通路64が設けられている。排気バイパス通路64は、タービン46bよりも上流側の部位において第1排気通路58aおよび第2排気通路58bの双方から分岐し、タービン46bよりも下流側の部位において再び排気通路58に合流するように構成されている。
Further, a
更に、排気バイパス通路64の途中、より具体的には、排気バイパス通路64における排気ガスの上流側の端部には、排気バイパス通路64の開閉を担う電動式のウェイストゲートバルブ(以下、「WGV(Waste Gate Valve)」と略する)66が設置されている。排気バイパス通路64およびWGV66を備えた構成によれば、WGV66が閉じられた状態では、排気通路58a、58bを流れる排気ガスの全量がタービン46bを通過するようになり、一方、WGV66が開かれた状態では、排気通路58a、58bを流れる排気ガスの一部がタービン46bを通過し、当該排気ガスの残りの部分が排気バイパス通路64を通ってタービン46bの下流に流出するようになる。
Further, an electric waste gate valve (hereinafter referred to as “WGV”) that opens and closes the exhaust bypass passage 64 is provided in the middle of the exhaust bypass passage 64, more specifically, at an upstream end portion of the exhaust gas in the exhaust bypass passage 64. (Abbreviated as “Waste Gate Valve”) 66 is installed. According to the configuration including the exhaust bypass passage 64 and the
また、タービン46bよりも上流側に位置する第1排気通路58aおよび第2排気通路58bには、EGR通路68の一端が接続されている。このEGR通路68の他端は、吸気通路42に接続されている。本システムでは、このEGR通路68を通して、排気ガスの一部を吸気通路42に還流させる制御、いわゆる外部EGR(Exhaust Gas Recirculation)制御を行うことができる。
In addition, one end of an
EGR通路68の途中には、EGRクーラ70が設けられている。更に、EGRクーラ70よりも下流側のEGR通路68には、EGR通路68の開閉を担うEGR弁72が設けられている。EGR弁72は、駆動源としてステッピングモータ(図示せず)を有している。このEGR弁72が開弁されると、排気ガスの一部がEGRクーラ70を通って吸気通路42に戻される。排気圧力および吸気圧力が同じ条件下では、EGR弁72の開度を大きくするほど、EGR通路68を通る排気ガス量(外部EGR率)を増大させることができる。
An
また、上述したECU(Electronic Control Unit)40には、上述したエアフローメータ54等に加え、機関回転数を検出するためのクランク角センサ74等の内燃機関12の運転状態を検出するための各種センサが接続されているとともに、上述した排気切換弁60やWGV66等に加え、内燃機関12に燃料を供給するための燃料噴射弁76等の内燃機関12の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ECU40は、それらのセンサ出力に基づいて、内燃機関12の運転状態を制御する。
The ECU (Electronic Control Unit) 40 includes various sensors for detecting the operating state of the
[実施の形態1の特徴的な制御]
図3は、本発明の実施の形態1における特徴的な制御を説明するための図である。より具体的には、図3は、内燃機関12のトルク(TRQ)と機関回転数との関係を表した図である。図3中に太い実線で表した曲線は、内燃機関12が最も効率(燃費)良く運転することのできる動作点を繋げて得た動作線を示している。このような動作線は、低回転数低負荷運転状態から機関回転数をあまり上げずに大きく負荷(トルク)を高めた後に、トルクとエンジン回転数をともに高めていくようにすることで得られる動作線であり、燃費向上を図るべく、ハイブリッド車両で用いられる動作線である。尚、ハイブリッド車両でない場合には、内燃機関の動作線は、上記動作線よりも低負荷(低トルク)側に位置するようになるのが一般的である。また、図3中に「WOT」と付したラインは、内燃機関12が全負荷状態にあるときのトルクカーブである。
[Characteristic control of the first embodiment]
FIG. 3 is a diagram for explaining characteristic control in the first embodiment of the present invention. More specifically, FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the torque (TRQ) of the
(外部EGR領域での排気切換弁の基本制御)
既述したように、排気切換弁60を有するツインエントリ型ターボ過給機46を備えるシステムでは、排気切換弁60を制御することで背圧を調整することができる。外部EGRガスを効果的に導入するには、吸気圧力に対して排気圧力が十分に高められていることが望ましい。そうであるのに、外部EGR導入領域において排気切換弁60を開くようにすると、排気通路58a、58bの平均背圧が低下し、排気圧力と吸気圧力との差圧が減少してしまう。その結果、外部EGR率が低下するので、外部EGR導入を利用した燃費向上が困難となる。
(Basic control of exhaust switching valve in the external EGR area)
As described above, in the system including the twin
そこで、本実施形態では、EGR弁72の開度調整による外部EGR制御を行う運転領域において、排気切換弁60を閉じるようにした。図3において、台形状に囲まれた領域は、外部EGR導入領域を示している。具体的には、この外部EGR導入領域に該当する運転領域には、図3に示すように、低負荷〜中負荷領域であって低回転数〜中回転数領域が該当する。
Therefore, in the present embodiment, the exhaust
図3中に符号「A」を付した実線は、本実施形態の制御(外部EGR導入領域で排気切換弁60を閉じる制御)が行われた場合に、有効な外部EGRガスの導入が可能となる上限トルクを示している。一方、図3中に符号「B」を付した破線は、排気切換弁60が開弁状態にある場合において、有効なEGRガスの導入が可能となる上限トルクを示している。このように、外部EGR導入領域で排気切換弁60を開くようにすると、外部EGRガスを導入可能な領域がより低負荷側の領域となり、ハイブリッド車両で使われるような高負荷側の動作線において、外部EGR制御を利用した燃費向上が困難となる。
In FIG. 3, a solid line with a symbol “A” indicates that effective external EGR gas can be introduced when the control of the present embodiment (control to close the exhaust
これに対し、本実施形態の制御によれば、背圧を確保し易くなるので、排気圧力と吸気圧力との差圧を確保し易くなる。その結果、外部EGR導入領域において、外部EGR率を十分に高く確保できるようになる。これにより、外部EGR導入領域における燃費をより確実に向上させることが可能となる。また、本実施形態の制御によれば、より高負荷側の運転領域にまで外部EGR導入領域を確保できるようになる。これにより、低回転数領域から比較的高負荷側の運転領域が多用されるハイブリッド車両においても、外部EGR導入領域を十分に確保できるようになり、燃費向上をより図ることが可能となる。 On the other hand, according to the control of the present embodiment, it is easy to ensure the back pressure, and thus it is easy to ensure the differential pressure between the exhaust pressure and the intake pressure. As a result, the external EGR rate can be secured sufficiently high in the external EGR introduction region. Thereby, it becomes possible to improve the fuel consumption in the external EGR introduction region more reliably. Further, according to the control of the present embodiment, the external EGR introduction region can be secured even in the operation region on the higher load side. As a result, even in a hybrid vehicle in which a relatively high load operation region is frequently used from the low rotation speed region, the external EGR introduction region can be sufficiently ensured, and fuel consumption can be further improved.
図4は、上記の機能を実現するために、本実施の形態1においてECU40が実行するルーチンのフローチャートである。
図4に示すルーチンでは、先ず、現在の内燃機関12の運転領域が外部EGR導入領域であるか否かが判別される(ステップ100)。より具体的には、ECU40は、内燃機関12の運転領域を規定するためのパラメータであるトルク(負荷)と機関回転数を用いて、上記図3中に示すような外部EGR導入領域を定めたマップ(図示省略)を記憶している。本ステップ100では、内燃機関12の運転状態を検出するためのエアフローメータ54やクランク角センサ74等の現在のセンサ出力と上記マップとを用いて、現在の運転領域が外部EGR導入領域であるかどうかが判断される。
FIG. 4 is a flowchart of a routine executed by the
In the routine shown in FIG. 4, first, it is determined whether or not the current operation region of the
上記ステップ100において、現在の運転領域が外部EGR導入領域であると判定された場合には、制御目標となる外部EGR率が得られるように、EGR弁72の開度が制御される(ステップ102)。
If it is determined in
次に、排気切換弁60が現在開かれているか否かが判別される(ステップ104)。その結果、排気切換弁60が開かれている場合には、排気切換弁60を閉じるように制御される(ステップ106)。
Next, it is determined whether or not the exhaust
(高速定常運転時の排気切換弁の制御)
また、図3中に符号「C」を付した動作点は、内燃機関12としての効率(燃費)が最も良くなる動作線(太線)上の1点を示している。そして、図3中に符号「D」を付した動作点は、動作点Cでの運転時と等しい機関出力を内燃機関12が発生することのできる等出力線上の動作点であって、動作点Cよりも高回転低負荷側の動作点を示している。内燃機関12が加減速を行っている状態(過渡状態)では、例えば動作点Cのように、内燃機関12としての効率(燃費)が最も良い動作線上の動作点を用いることが車両のハイブリッドシステム全体の効率としても良好となる。しかしながら、車両が高速定常運転(定常走行)を行っている場合には、ハイブリッドシステム全体の効率を考えると、上記動作線上の動作点Cよりも高回転低負荷側の動作点Dを使用した方が、内燃機関12単体としての効率は若干下がるもののシステム全体の効率としては好ましくなる。
(Control of the exhaust switching valve during high-speed steady operation)
Also, the operating point marked with “C” in FIG. 3 represents one point on the operating line (thick line) where the efficiency (fuel consumption) as the
そこで、本実施形態では、図3中に符号「E」を付した等出力線よりも高出力(高回転高負荷)側の内燃機関12の運転領域(つまり、車両としては高速側の運転領域)では、車両が定常走行を行っている場合には、内燃機関12の動作点を上記の太線で示す動作線上の動作点から高回転低負荷側の動作点に移行させる制御が、ハイブリッドシステムの動力分割機構18との協調制御によって行われるようになっている。そのうえで、本実施形態では、外部EGR導入領域であっても、上記等出力線Eよりも高出力側の領域では、排気切換弁60を開くようにした。
Therefore, in the present embodiment, the operating region of the
上記のように内燃機関12の動作点を高回転低負荷側の動作点に移行させる制御が行われると、吸気圧力(過給圧)が下がるので、排気切換弁60を閉じる制御に頼らずに、排気圧力と吸気圧力との差圧を確保し易い環境が得られる。このため、移行前と比べ、外部EGRガスを確保し易くなる。そのうえで、本実施形態の制御によって排気切換弁60が開かれるようになっていることで、背圧が下がり、内部EGRガス量を減らすことができる。内部EGRガス量が減ると、高温の残留ガスが減るので圧縮端温度が低下する。このため、ノックを抑制することができる。これにより、点火時期のリタードの実施等を抑制することができるので、内燃機関12を効率(燃費)良く運転できるようになる。
As described above, when the control for shifting the operating point of the
以上のように、本実施形態では、動作点を上記のように移行させる制御が実行される際に排気切換弁60を開くようにしたことで、高速定常走行時において、車両全体としての効率を高めながら、かつ、外部EGRガスを確保しながら、ノックを抑制して燃費向上を図ることが可能となる。
As described above, in the present embodiment, the
図5は、上記の機能を実現するために、本実施の形態1においてECU40が実行するルーチンのフローチャートである。
図5に示すルーチンでは、先ず、現在の車両の運転状態が高速定常運転時であるか否かが車速センサ(図示省略)の出力に基づいて判別される(ステップ200)。
FIG. 5 is a flowchart of a routine executed by the
In the routine shown in FIG. 5, first, it is determined based on the output of a vehicle speed sensor (not shown) whether or not the current driving state of the vehicle is during high-speed steady driving (step 200).
上記ステップ200において、高速定常運転時であると判定された場合には、排気切換弁60が閉じられた状態にあるか否かが判別される(ステップ202)。その結果、排気切換弁60が閉じている場合には、排気切換弁60を開くように制御される(ステップ204)。
If it is determined in
尚、上述した実施の形態1においては、ECU40が、上記ステップ100および102の処理を実行することにより前記第1の発明における「EGR制御手段」が、上記ステップ100、104、および106の処理を実行することにより前記第1の発明における「切換弁制御手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態1においては、ECU40が上記ステップ200〜204の処理を実行することにより前記第2の発明における「定常走行時弁制御手段」が実現されている。
In the first embodiment described above, the
Further, in the first embodiment described above, the “steady travel valve control means” in the second aspect of the present invention is realized by the
実施の形態2.
次に、図6乃至図8を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
本実施形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU40に図4に示すルーチン(更には図5に示すルーチン)とともに後述する図7に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The system of the present embodiment is realized by causing the
[減速時の排気切換弁の制御]
図6は、外部EGR導入領域内で運転中の内燃機関12が減速された際の動作点の変化の様子を表した図である。
本実施形態のシステムにおいても、外部EGR導入領域では、排気切換弁60は、高速定常走行時を除き、基本的に閉じるように制御されている。動作点Fでの運転中にアクセルペダルがOFFとされ、内燃機関12が減速状態になると、図6に示すように、内燃機関12の動作点が低負荷側の動作点Gに急激に変化する。より具体的には、減速開始時には、車速自体は急激に変化しないので、機関回転数の変化も急にはならないが、アクセルペダルのOFFに伴ってスロットルバルブ50が即座に閉じられることで、吸入空気量が急激に減少し、機関トルクが急低下する。その結果として、図6に示すように、動作点がFからGに急変する。
[Control of exhaust selector valve during deceleration]
FIG. 6 is a diagram showing how the operating point changes when the
Also in the system of the present embodiment, in the external EGR introduction region, the
上記のような動作点の変化が生ずると、吸気圧力が急激に低下するので、排気圧力と吸気圧力との差圧が大きくなり、外部EGRガスが導入され易くなる。このような場合には、外部EGRガス量が急激に増えるのを防止すべく、減速開始時にEGR弁72を閉じる制御が行われる。しかしながら、一般に、スロットルバルブ50の制御速度よりもEGR弁72の制御速度は低いので、外部EGR導入状態での内燃機関12の減速時には、一時的に外部EGRガス量が過多となってしまうことが懸念される。また、このようなEGRガス量の過多が生ずると、内燃機関12に失火が生ずることが懸念される。
When the change in the operating point as described above occurs, the intake pressure rapidly decreases, so that the differential pressure between the exhaust pressure and the intake pressure increases, and the external EGR gas is easily introduced. In such a case, control is performed to close the EGR valve 72 at the start of deceleration in order to prevent the external EGR gas amount from rapidly increasing. However, in general, since the control speed of the EGR valve 72 is lower than the control speed of the
そこで、本実施形態では、排気切換弁60を閉じた状態での外部EGR導入領域において運転中の内燃機関12の減速時には、排気切換弁60を開くようにした。更に、本実施形態では、当該減速時に、WGV66を開くようにした。
Therefore, in this embodiment, the exhaust
図7は、上記の機能を実現するために、本実施の形態2においてECU40が実行するルーチンのフローチャートである。
図7に示すルーチンでは、先ず、アクセル開度センサ(図示省略)の出力に基づいて、アクセルペダルがOFFとされたか否かが判別される(ステップ300)。その結果、アクセルペダルがOFFとされたことが認められ、減速時であると判定された場合には、排気圧力と吸気圧力との差圧が大きくなる状況にあると判断することができる。この場合には、排気切換弁60が閉じられた状態にあるか否かが判別される(ステップ302)。尚、次いで、上記ステップ300において、排気圧力と吸気圧力との差圧の変化の程度をより正確に判断するためには、変更前のアクセル開度の大きさやアクセル開度の変化率の大きさを評価するようにしてもよい。
FIG. 7 is a flowchart of a routine executed by the
In the routine shown in FIG. 7, first, based on the output of an accelerator opening sensor (not shown), it is determined whether or not the accelerator pedal is turned off (step 300). As a result, when it is recognized that the accelerator pedal is turned off and it is determined that the vehicle is decelerating, it can be determined that the differential pressure between the exhaust pressure and the intake pressure is large. In this case, it is determined whether or not the exhaust
上記ステップ302において、排気切換弁60が閉じられた状態にあると判定された場合には、排気切換弁60を開くように制御される(ステップ304)。そして、この場合には、WGV66も開くように制御される(ステップ306)。
If it is determined in
次に、減速中に吸入空気量が安定したか否かが判別される(ステップ308)。より具体的には、本ステップ308では、エアフローメータ54の出力に基づいて、吸入空気量の変動量が所定の閾値以下に収まっているかどうかが判断される。その結果、吸入空気量が安定したと判定された場合には、内燃機関12の減速動作が終了したとみなすことができるので、次回の加速に備えるべく、排気切換弁60が閉じられる(ステップ310)とともに、WGV66が閉じられる(ステップ312)。
Next, it is determined whether or not the intake air amount is stabilized during deceleration (step 308). More specifically, in
一方、上記ステップ308において吸入空気量が未だ安定していないと判定された場合(つまり、減速動作中であると判断できる場合)であっても、ステップ314においてアクセルペダルが再び踏み込まれたことが検出された場合には、その後の加速に備えて、排気切換弁60およびWGV66が直ちに閉じられる(ステップ310、312)。
On the other hand, even when it is determined in
以上説明した図7に示すルーチンを上述した実施の形態1の図4に示すルーチンと並行して実行することにより、排気切換弁60が閉じられた状態での外部EGR導入領域において運転中に、内燃機関12の減速が開始された場合には、排気切換弁60およびWGV66が開かれるようになる。このような場合には、減速の開始に合わせて排気切換弁60が開かれることで、背圧が低下する。その結果、減速に伴い吸気圧力が低下する状況下において、排気圧力(背圧)と吸気圧力との差圧をなるべく小さくすることができる。このため、減速時に、一時的にEGRガス量が過多となるのを抑制することができる。更に、減速の開始に合わせてWGV66が開かれるようになっていることで、背圧をより効果的に低下させることができる。これにより、一時的にEGRガス量が過多となるのをより効果的に抑制することが可能となる。
By executing the routine shown in FIG. 7 described above in parallel with the routine shown in FIG. 4 of the first embodiment described above, during operation in the external EGR introduction region with the
図8は、上記図7に示すルーチンの実行に伴う効果を説明するためのタイムチャートである。
図8(A)に示すように、時刻t0においてアクセルペダルが閉じられると、それに伴い、図8(B)に示すように、スロットルバルブ50も閉じられていく。その結果、図8(C)に示すように、吸気圧力が低下していく。本実施形態では、EGR弁72の制御としても減速時の一時的なEGRガス量の過多を抑えるべく、図8(D)に示すように、吸気圧力の低下に連動してEGR弁72が閉じられていく。
FIG. 8 is a time chart for explaining the effects associated with the execution of the routine shown in FIG.
As shown in FIG. 8A, when the accelerator pedal is closed at time t0, the
図8(E)等において、細い実線で表された波形は、減速時における本実施形態の排気切換弁60およびWGV66の制御が行われていない場合のものである。一方、図8(E)等において、太い実線で表された波形は、アクセルペダルのOFFに伴い、排気切換弁60のみが開かれるように制御された場合のものであり、破線で表された波形は、アクセルペダルのOFFに伴い、排気切換弁60およびWGV66がともに開かれるように制御された場合のものである。図8(E)、(F)に示すように、排気切換弁60およびWGV66の制御が行われない場合と比較して、排気切換弁60の開弁制御が行われることで背圧が低下し、これにより、排気圧力と吸気圧力との圧力差が小さくなることが判る。更に、排気切換弁60の制御にWGV66の開弁制御が加わることで、背圧がより効果的に低下し、上記圧力差がより小さくなることが判る。
In FIG. 8E and the like, the waveform represented by a thin solid line is a case where the
その結果、図8(G)に示すように、排気切換弁60およびWGV66の制御が行われない場合と比較して、排気切換弁60の開弁制御が行われることで、減速中のEGR率が内燃機関12の燃焼限界条件下でのEGR率に対して余裕が認められるようになる。更に、排気切換弁60の制御にWGV66の開弁制御が加わることで、燃焼限界条件下でのEGR率に対する減速中のEGR率の余裕代が大きくなる。
As a result, as shown in FIG. 8G, the EGR rate during deceleration is achieved by performing the valve opening control of the exhaust
図8(G)に示すように、制御目標とされるEGR率は、通常、減速時の一時的なEGR率の増加等を考慮して、燃焼限界条件下でのEGR率に対して余裕をもって設定される。本実施形態の排気切換弁60の制御によれば、減速時のEGR率の増加を抑制できるようになる。従って、図8(H)に示すように、本実施形態の排気切換弁60の制御によって生じたEGR率の余裕代分だけ、制御目標EGR率を燃焼限界条件下でのEGR率に近づけるように設定することが可能となる。その結果、外部EGR制御をより十分に利用して効率(燃費)の良い運転が可能となる。また、このような効果は、図8(I)に示すように、減速時に排気切換弁60の制御とともにWGV66の制御をも同時に行っている場合の方が顕著となる。
As shown in FIG. 8 (G), the EGR rate that is the control target usually has a margin with respect to the EGR rate under the combustion limit condition in consideration of a temporary increase in the EGR rate at the time of deceleration or the like. Is set. According to the control of the exhaust
尚、上述した実施の形態2においては、ECU40が上記ステップ300〜304の処理を実行することにより前記第3の発明における「圧力変化時弁制御手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態2においては、ECU40が上記ステップ300および306の処理を実行することにより前記第4の発明における「圧力変化時第2弁制御手段」が実現されている。
In the second embodiment described above, the “pressure change time valve control means” according to the third aspect of the present invention is realized by the
In the second embodiment described above, the “second valve control means during pressure change” according to the fourth aspect of the present invention is implemented when the
ところで、上述した実施の形態1および2においては、排気バイパス通路64を第1排気通路58aおよび第2排気通路58bの双方から分岐するように構成されている。これにより、WGV66が開かれた際には、排気通路58a、58bの双方が同時に排気バイパス通路64に開放されるようになっている。しかしながら、本発明の排気バイパス通路は、ウェイストゲートバルブが開かれる際に排気切換弁が必ず開かれた状態となるような制御が行われるようになっている場合には、必ずしも第1排気通路および第2排気通路の双方から分岐するように構成されていなくてもよく、第1排気通路および第2排気通路の何れか一方から分岐するように構成されたものであってもよい。
In the first and second embodiments described above, the exhaust bypass passage 64 is configured to branch from both the
10 駆動システム
12 内燃機関
14 モータ
18 動力分割機構
40 ECU(Electronic Control Unit)
42 吸気通路
46 ツインエントリ型ターボ過給機
46a コンプレッサ
46b タービン
54 エアフローメータ
56 吸気圧センサ
58 排気通路
58a 第1排気通路
58b 第2排気通路
60 排気切換弁
64 排気バイパス通路
66 ウェイストゲートバルブ(WGV)
68 EGR通路
72 EGR弁
74 クランク角センサ
76 燃料噴射弁
DESCRIPTION OF
42
68 EGR passage 72
Claims (4)
前記内燃機関の一方の気筒から排出される排気ガスを前記タービンに導く第1排気通路と、前記内燃機関の他方の気筒から排出される排気ガスを前記タービンに導く第2排気通路とを含む排気通路と、
前記第1排気通路と前記第2排気通路とが連通する状態と、前記第1排気通路と前記第2排気通路とが遮断された状態とを切り換える排気切換弁と、
前記第1排気通路および前記第2排気通路の少なくとも一方と、前記内燃機関の吸気通路とを接続するEGR通路と、
前記EGR通路の途中に配置され、前記EGR通路の開閉を担うEGR弁と、
前記内燃機関の所定の運転領域において、前記EGR通路を通って排気ガスが前記吸気通路に還流されるように前記EGR弁を制御するEGR制御手段と、
前記運転領域において、前記排気切換弁を閉じるように制御する切換弁制御手段と、
を備えることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。 A turbocharger provided with an exhaust passage having a turbine operated by exhaust energy of the internal combustion engine;
Exhaust gas including a first exhaust passage that guides exhaust gas discharged from one cylinder of the internal combustion engine to the turbine, and a second exhaust passage that guides exhaust gas discharged from the other cylinder of the internal combustion engine to the turbine. A passage,
An exhaust switching valve that switches between a state in which the first exhaust passage and the second exhaust passage communicate with each other and a state in which the first exhaust passage and the second exhaust passage are blocked;
An EGR passage connecting at least one of the first exhaust passage and the second exhaust passage and an intake passage of the internal combustion engine;
An EGR valve disposed in the middle of the EGR passage and responsible for opening and closing the EGR passage;
EGR control means for controlling the EGR valve so that exhaust gas is recirculated to the intake passage through the EGR passage in a predetermined operating region of the internal combustion engine;
Switching valve control means for controlling the exhaust switching valve to be closed in the operating region;
A control device for an internal combustion engine with a supercharger.
前記ハイブリッド車両では、定常走行時に、前記内燃機関の動作点を、現在の動作点と同じ機関出力が維持される高機関回転数かつ低負荷側の動作点に移行させる制御が行われており、
前記切換弁制御手段は、前記運転領域内における前記内燃機関の動作点が高機関回転数かつ低負荷側の前記動作点に移行される場合に、前記排気切換弁を開くように制御する定常走行時弁制御手段を含むことを特徴とする請求項1記載の過給機付き内燃機関の制御装置。 The internal combustion engine is mounted on a hybrid vehicle including the internal combustion engine and an electric motor as a power source,
In the hybrid vehicle, during steady running, control is performed to shift the operating point of the internal combustion engine to an operating point on the high engine speed and low load side that maintains the same engine output as the current operating point,
The switching valve control means controls to open the exhaust switching valve when the operating point of the internal combustion engine in the operating region is shifted to the operating point on the high engine speed and low load side. The control apparatus for an internal combustion engine with a supercharger according to claim 1, further comprising an hour valve control means.
前記排気バイパス通路の途中に配置され、前記排気バイパス通路の開閉を担うウェイストゲートバルブと、を更に備え、
前記切換弁制御手段は、前記運転領域において排気圧力が吸気圧力よりも所定値以上高い場合に、前記ウェイストゲートバルブを開くように制御する圧力変化時第2弁制御手段を含むことを特徴とする請求項3記載の過給機付き内燃機関の制御装置。 An exhaust bypass passage that branches off from the exhaust passage at a portion upstream of the turbine and merges with the exhaust passage again at a portion downstream of the turbine;
A waste gate valve disposed in the middle of the exhaust bypass passage and responsible for opening and closing the exhaust bypass passage;
The switching valve control means includes a second valve control means during pressure change for controlling the waste gate valve to open when the exhaust pressure is higher than the intake pressure by a predetermined value or more in the operating region. The control device for an internal combustion engine with a supercharger according to claim 3.
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