JP2014105578A - Control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可変バルブタイミング機構と、過給機と、過給機の過給特性を変化させるアクチュエータとを有する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 having a variable valve timing mechanism, a supercharger, and an actuator that changes a supercharging characteristic of the supercharger.
下記の特許文献1には、車両用の内燃機関において吸気バルブのバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構(以下、VVT)の制御方法について記載されている。VVTにより吸気バルブのバルブタイミングを変化させることによって、筒内に吸入される空気量を制御することができる。 Patent Document 1 below describes a control method of a variable valve timing mechanism (hereinafter referred to as VVT) that changes the valve timing of an intake valve in an internal combustion engine for a vehicle. By changing the valve timing of the intake valve by VVT, the amount of air taken into the cylinder can be controlled.
ところで、過給機付きの内燃機関では、ウエストゲートバルブ(以下、WGV)や可変ノズル等の過給特性を変化させる過給特性制御アクチュエータが設けられる場合がある。筒内に吸入される空気量は過給圧によって変化することから、例えば過給機にWGVが設けられているのであれば、WGVの開度を変化させて過給機の過給特性を変化させることによって空気量を制御することができる。 By the way, in an internal combustion engine with a supercharger, a supercharging characteristic control actuator that changes a supercharging characteristic such as a waste gate valve (hereinafter referred to as WGV) or a variable nozzle may be provided. Since the amount of air sucked into the cylinder changes depending on the supercharging pressure, for example, if the supercharger is provided with a WGV, the supercharging characteristic of the supercharger is changed by changing the opening of the WGV. By controlling this, the amount of air can be controlled.
つまり、筒内に吸入される空気量は上述のVVTによっても制御することができるし、WGV等の過給特性制御アクチュエータによっても制御することができる。ただし、これら2種類のアクチュエータの協調操作が上手く行われない場合には、VVTによる空気量制御と過給特性制御アクチュエータによる空気量制御との間で干渉が生じ、目標空気量に対する実空気量の追従性や収束性に問題が生じるおそれがある。また、これら2種類のアクチュエータの協調操作が上手く行われない場合には、目標空気量に対する実空気量の追従性や収束性については満足できたとしても、燃費性能や排気ガス性能などの他の性能において満足できない制御結果になってしまうおそれがある。 That is, the amount of air sucked into the cylinder can be controlled also by the above-described VVT, and can also be controlled by a supercharging characteristic control actuator such as WGV. However, if the cooperative operation of these two types of actuators is not performed successfully, interference occurs between the air amount control by the VVT and the air amount control by the supercharging characteristic control actuator, and the actual air amount with respect to the target air amount There is a possibility that a problem occurs in followability and convergence. In addition, when the cooperative operation of these two types of actuators is not performed well, even if the followability and convergence of the actual air amount with respect to the target air amount can be satisfied, other fuel consumption performance, exhaust gas performance, etc. There is a risk that the control result may be unsatisfactory in performance.
本発明は、上述のような問題に鑑みてなされたもので、VVTと過給特性制御アクチュエータとの改善された協調制御により、内燃機関に求められる様々な性能に関して良好な制御結果を得られるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is possible to obtain favorable control results regarding various performances required for an internal combustion engine by improved cooperative control of a VVT and a supercharging characteristic control actuator. The purpose is to.
本発明に係る内燃機関の制御装置は、少なくともVVTと過給機と過給特性制御アクチュエータとを備える内燃機関に適用される制御装置である。VVTは吸気バルブのバルブタイミング、より詳しくは、少なくとも吸気バルブの閉時期を変更することのできる機構である。過給機はターボ過給機でもよいし機械式過給機でもよい。過給機がターボ過給機であるならば、過給特性制御アクチュエータとしてはWGVや可変ノズルが好ましい。 The control device for an internal combustion engine according to the present invention is a control device applied to an internal combustion engine including at least a VVT, a supercharger, and a supercharging characteristic control actuator. VVT is a mechanism that can change the valve timing of the intake valve, more specifically, at least the closing timing of the intake valve. The supercharger may be a turbocharger or a mechanical supercharger. If the supercharger is a turbocharger, WGV or a variable nozzle is preferable as the supercharging characteristic control actuator.
本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の目標吸気管圧力を計算する第1の計算手段を備える。第1の計算手段は、内燃機関の目標空気量とVVTにより実現されたバルブタイミングとに基づいて目標吸気管圧力を計算する。空気量と吸気管圧力との間にはバルブタイミングの値ごとに一定の関係が成立する。第1の計算手段はこの関係を用いて目標吸気管圧力を計算する。 The control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes first calculation means for calculating a target intake pipe pressure of the internal combustion engine. The first calculating means calculates the target intake pipe pressure based on the target air amount of the internal combustion engine and the valve timing realized by VVT. A certain relationship is established between the air amount and the intake pipe pressure for each valve timing value. The first calculation means uses this relationship to calculate the target intake pipe pressure.
本発明に係る内燃機関の制御装置は、過給特性制御アクチュエータの制御変数であるアクチュエータ制御変数を計算する第2の計算手段を備える。第2の計算手段は、目標吸気管圧力に基づいてアクチュエータ制御変数を計算する。吸気管圧力と過給圧との間には一定の関係があり、過給圧とアクチュエータ制御変数との間にも一定の関係がある。第2の計算手段はこれらの関係を用いてアクチュエータ制御変数を計算する。 The control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes second calculation means for calculating an actuator control variable that is a control variable of a supercharging characteristic control actuator. The second calculation means calculates an actuator control variable based on the target intake pipe pressure. There is a certain relationship between the intake pipe pressure and the supercharging pressure, and there is also a certain relationship between the supercharging pressure and the actuator control variable. The second calculation means calculates the actuator control variable using these relationships.
本発明に係る内燃機関の制御装置は、VVTの制御用の参照過給圧を計算する第3の計算手段を備える。第3の計算手段は、実際の過給圧より高い過給圧を参照過給圧として算出する。参照過給圧は、より限定するならば、過給特性制御アクチュエータの制御によって到達可能な最大過給圧であることが好ましい。また、参照過給圧は、圧力センサにより計測された過給圧にオフセット量を加算して得られる値であってもよいし、圧力センサにより計測された過給圧を上昇率の下限を規定する下限ガードで補正して得られる値であってもよい。 The control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes third calculation means for calculating a reference supercharging pressure for controlling the VVT. The third calculation means calculates a boost pressure higher than the actual boost pressure as the reference boost pressure. If the reference supercharging pressure is more limited, it is preferably the maximum supercharging pressure that can be reached by the control of the supercharging characteristic control actuator. The reference supercharging pressure may be a value obtained by adding an offset amount to the supercharging pressure measured by the pressure sensor, or the supercharging pressure measured by the pressure sensor is defined as the lower limit of the rate of increase. It may be a value obtained by correcting with a lower limit guard.
本発明に係る内燃機関の制御装置は、VVTの制御変数であるVVT制御変数を計算する第4の計算手段を備える。第4の計算手段は、目標空気量に基づいてVVT制御変数を計算する。ただし、目標空気量が増大した過渡期間は、VVTの制御によって吸気バルブを通過する空気の流量を最大にすることで実現される推定空気量を計算する。推定空気量が目標空気量よりも小さい間は、吸気バルブを通過する空気の流量が最大になる値をVVT制御変数として算出する。そして、推定空気量が目標空気量以上になれば、目標空気量と参照過給圧とに基づいてVVT制御変数を計算する。吸気管圧力と過給圧との間には一定の関係があり、空気量と吸気管圧力との間にはVVT制御変数の値ごとに一定の関係が成立する。第4の計算手段はこれらの関係を用いて過渡期間におけるVVT制御変数を計算する。ただし、参照過給圧と圧力センサにより計測された過給圧との差が基準値を超える場合には、好ましくは、空気量を減少させる方向へのVVT制御変数の変化率に制限を加えるか、或いは、VVT制御変数の計算に使用する参照過給圧の上昇率に制限を加えるようにする。 The control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes fourth calculation means for calculating a VVT control variable which is a control variable of VVT. The fourth calculation means calculates the VVT control variable based on the target air amount. However, during the transient period in which the target air amount has increased, the estimated air amount realized by maximizing the flow rate of the air passing through the intake valve by controlling the VVT is calculated. While the estimated air amount is smaller than the target air amount, a value at which the flow rate of the air passing through the intake valve is maximized is calculated as a VVT control variable. If the estimated air amount is equal to or greater than the target air amount, the VVT control variable is calculated based on the target air amount and the reference supercharging pressure. There is a fixed relationship between the intake pipe pressure and the supercharging pressure, and a fixed relationship is established for each value of the VVT control variable between the air amount and the intake pipe pressure. The fourth calculation means uses these relationships to calculate the VVT control variable in the transient period. However, if the difference between the reference supercharging pressure and the supercharging pressure measured by the pressure sensor exceeds the reference value, it is preferable to limit the rate of change of the VVT control variable in the direction of decreasing the air amount. Alternatively, a limit is added to the rate of increase of the reference supercharging pressure used for calculating the VVT control variable.
本発明に係る内燃機関の制御装置は、第2の計算手段で計算したアクチュエータ制御変数に従って過給特性制御アクチュエータを制御するとともに、第4の計算手段で計算したVVT制御変数に従ってVVTを制御する。 The control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention controls the supercharging characteristic control actuator according to the actuator control variable calculated by the second calculation means, and controls the VVT according to the VVT control variable calculated by the fourth calculation means.
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、VVTによる空気量制御と過給特性制御アクチュエータによる空気量制御との間で干渉が生じることがない。これにより、加速運転時における目標空気量に対する実空気量の追従性及び収束性を担保しながら、内燃機関に求められる様々な性能に関して良好な制御結果を得ることのできる過給圧及びバルブタイミングを実現することができる。 According to the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, no interference occurs between the air amount control by VVT and the air amount control by the supercharging characteristic control actuator. As a result, the supercharging pressure and the valve timing that can obtain good control results regarding various performances required for the internal combustion engine while ensuring the followability and convergence of the actual air amount with respect to the target air amount during acceleration operation. Can be realized.
実施の形態1.
以下、本発明の実施の形態1について図を参照して説明する。
Embodiment 1 FIG.
Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。本実施の形態に係る制御装置が適用される内燃機関2は、WGV4付きのターボ過給機を備えた火花点火式の4サイクルレシプロエンジンである。本実施の形態に係るWGV4は、E−VRVによって駆動されるアクティブ制御対応のWGVであって、ソレノイドに供給するデューティによって開度を制御することができる。吸気通路には電子制御式のスロットル(図示略)が取り付けられ、吸気バルブにはVVT6が取り付けられている。本実施の形態に係るVVT6は、作用角を一定のまま吸気バルブの開時期と閉時期を連動して変化させる装置である。本明細書では、VVT6により制御されるバルブタイミングとは、吸気バルブの開時期と閉時期との平均のタイミングを意味するものとする。
FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration of a control device for an internal combustion engine according to the present embodiment. The
本実施の形態に係る制御装置110は、車載ECU(Electronic Control Unit)が備える機能の一部として実現される。ECUが本実施の形態に係る制御装置110として機能する場合、ECUは、メモリに記憶されている制御プログラムに従って空気量に関係するアクチュエータ、すなわち、スロットル、WGV4、及びVVT6を協調操作する。
本実施の形態に係る制御装置110は、目標空気量算出ユニット22を備えている。目標空気量算出ユニット22は、要求トルクの実現に必要な空気量を目標空気量として算出する。要求トルクは、運転者や車両制御デバイスによって要求される駆動力の実現に必要なトルクであって、要求駆動力と現在のエンジン回転数とに基づいて決定される。目標空気量の計算には、トルクと空気量とをエンジン回転数、点火時期、空燃比等の種々のエンジン情報を引数にして関連付けられたマップが用いられる。
The
本実施の形態に係る制御装置110は、さらに、目標吸気管圧力を算出する目標吸気管圧力算出ユニット24、WGV4の制御変数であるWGVデューティを算出するWGV制御ユニット26、VVT6の制御変数である目標バルブタイミングを算出するVVT制御ユニット28、及び最大過給圧算出ユニット30を備えている。なお、制御装置110にはスロットルの制御変数である目標スロットル開度を目標吸気管圧力に基づいて決定する機能も備えられている。目標空気量が増大する加速運転時には、スロットルは吸気管圧力の増大速度を最大にすべく全開に制御され、実際の吸気管圧力が目標吸気管圧力の近くまで上昇したら目標空気量に応じた開度まで閉じられる。ただし、本発明において課題としているのはWGV4とVVT6との協調制御、特に、目標空気量が増大する加速運転時における協調制御であることから、スロットル制御の詳細については説明を省略する。
The
目標吸気管圧力算出ユニット24は、VVT6により実現されたバルブタイミング(実VT)と目標空気量とに基づき目標吸気管圧力を算出する。目標吸気管圧力の計算には、吸気バルブを通過する空気量を吸気管圧力とバルブタイミングとに関連付けるマップが用いられる。このマップによれば、空気量が一定の場合、バルブタイミングが進角されるほど吸気管圧力は低下する傾向にあり、吸気管圧力が一定の場合、バルブタイミングが進角されるほど空気量は増大する傾向にあり、バルブタイミングが一定の場合、吸気管圧力が高くなるほど空気量は増大する傾向にある。ただし、過給域ではスカベンジが発生するために吸気バルブを通過する空気量と燃焼に供される空気量とは必ずしも一致しない。このため、目標空気量を上述のマップに当てはめるにあたっては、スカベンジ量の分だけ目標空気量を補正することが行われる。
The target intake pipe
WGV制御ユニット26は、目標吸気管圧力から目標過給圧を算出し、目標過給圧を達成することのできるWGV4の開度を現在のエンジン回転数を参照して計算し、そのWGV開度を得るために必要なWGVデューティを決定する。WGVデューティはWGV4を動作させるソレノイドのデューティを意味する。目標過給圧は目標吸気管圧力と等しい値とされるか、或いは、目標吸気管圧力に所定のマージンを加えた値とされる。少なくともスロットルが全開となる加速運転時には、目標過給圧は目標吸気管圧力と等しい値とされる。
The
VVT制御ユニット28は、目標バルブタイミングを算出する機能を備えている。目標バルブタイミングは、より詳しくは、VVT6の基準位置(初期位置)からの目標変位角を意味する。VVT制御ユニット28は、目標空気量の実現に最適なバルブタイミングをベースバルブタイミングとして算出する。その計算には、空気量とバルブタイミングとをエンジン回転数を引数にして関連付けられたマップが用いられる。ベースバルブタイミングは、現在のエンジン回転数のもと目標空気量を達成するのに最適なVVT6の変位角である。より詳しくは、内燃機関2の定常状態において燃費性能、排気ガス性能、燃焼安定性などの内燃機関2に要求される性能を満たすことができ、且つ、エンジン回転数及び空気量に対するVVT6の変位角の連続性、すなわち、VVT6の制御性を満足させることのできるVVT6の変位角である。ベースバルブタイミングの具体的な値は空気量ごと及びエンジン回転数ごとの適合によって決定されている。
The
VVT制御ユニット28は、定常状態ではベースバルブタイミングを目標バルブタイミングとして算出する。しかし、加速運転時の目標空気量の増大によって目標空気量と実空気量との間に差が生じた場合には、実空気量を最大の速度で増大させて目標空気量に追従させるべく、吸気バルブを通過する空気の流量が最大になる最大空気流量バルブタイミングまで目標バルブタイミングを進角する。吸気バルブを通過する空気流量を最大にすることで、筒内空気の充填効率が向上するとともに、タービン流量の増大により過給圧も上昇しやすくなる。なお、実空気量は内燃機関2の物理モデルを用いてバルブタイミングから推定することができる。そして、最大空気流量バルブタイミングから推定される空気量(推定空気量)が目標空気量以上になった場合は、VVT制御ユニット28は、目標空気量とVVT制御用の参照過給圧である最大過給圧とに基づいて目標バルブタイミングを計算する。この計算には、バルブタイミングと空気量と吸気管圧力とを関連付けるマップが用いられる。加速運転時には吸気管圧力と過給圧とは略一致することから、マップにおける吸気管圧力の引数には上記の最大過給圧が代入される。
The
VVT制御ユニット28は、目標バルブタイミングに従ってVVT6を制御する。ただし、バルブタイミングには動作性や信頼性の観点からガードが掛けられる場合がある。例えば、冷却水温が閾値以下となる低温時には、バルブタイミングの基準位置からの進角量が制限される場合がある。このため、バルブタイミングに対してガード機能が働いたときには、目標バルブタイミングとVVT6により実現されたバルブタイミングとの間にはずれが生じる場合もある。つまり、定常状態であっても、ガード機能が働く状況である場合には、実際のバルブタイミングは必ずしも最も効率の良いベースバルブタイミングに制御されているとは限らない。このようなことから、目標吸気管圧力算出ユニット24による目標吸気管圧力の計算には、目標バルブタイミングではなくVVT6により実際に実現されたバルブタイミングが用いられている。
The
最大過給圧の計算は最大過給圧算出ユニット30で行われる。最大過給圧算出ユニット30は、内燃機関2の現在の運転状態のもとでWGV4の操作によって達成できる最大過給圧を算出する。具体的には、WGV4を全閉にした場合の推定過給圧が最大過給圧として算出される。WGV4を全閉にした場合の推定過給圧は、タービンに流入する空気量とエンジン回転数とに基づき過給機の物理モデルを用いて計算することができる。
The calculation of the maximum boost pressure is performed by the maximum boost
以上が本実施の形態に係る制御装置110の構成である。次に、本実施の形態に係る制御装置110の利点について分かり易くするため、本実施の形態に係る制御装置110に対する比較例として、本発明の創案過程において最初に検討された制御装置の構成についても説明する。図2は、比較例としての制御装置100の構成を示す機能ブロック図である。図2に示す構成において本実施の形態に係る制御装置110が有する要素と共通の要素については同一の符号が付されている。
The above is the configuration of the
比較例としての制御装置100は、目標空気量算出ユニット22、目標吸気管圧力算出ユニット24、WGV制御ユニット26、及びVVT制御ユニット28を備えている。つまり、比較例としての制御装置100は、本実施の形態に係る制御装置110が備える最大過給圧算出ユニット30を備えていない。比較例のVVT制御ユニット28には、加速運転時の目標バルブタイミングの計算に用いる参照過給圧として、過給圧センサ8によって計測された実際の過給圧が入力される。比較例のVVT制御ユニット28は、目標空気量が増大した場合、まず、吸気バルブを通過する空気の流量が最大になるバルブタイミングまで目標バルブタイミングを進角し、その後、目標空気量と実過給圧とに基づいて目標バルブタイミングを計算する。
The
ここで、図3は、吸気管圧力と空気量とバルブタイミングとの関係を示すグラフである。縦軸が吸気管圧力、横軸がバルブタイミングであり、グラフ内の複数の曲線は空気量が等しい座標を結んだ等高線である。このグラフから分かるように、目標空気量を達成できる吸気管圧力とバルブタイミングとの組み合わせはA点及びB点も含めて無数に存在する。しかし、燃費性能、排気ガス性能、燃焼安定性などの内燃機関2に要求される性能を最大限に満たすことができる組み合わせは1つであり、ここではB点における組み合わせがそれであるとする。よって、目標空気量がグラフ内で太線により特定される空気量まで増大したときには、A点ではなく、B点における吸気管圧力及びバルブタイミングを得られるようにWGV4及びVVT6を協調制御したい。
Here, FIG. 3 is a graph showing the relationship among the intake pipe pressure, the air amount, and the valve timing. The vertical axis represents the intake pipe pressure, the horizontal axis represents the valve timing, and a plurality of curves in the graph are contour lines connecting coordinates with equal air amounts. As can be seen from this graph, there are an infinite number of combinations of intake pipe pressure and valve timing that can achieve the target air amount, including points A and B. However, there is one combination that can satisfy the performance required for the
この点に関し、比較例としての制御装置100の構成では、一度A点の状態になってしまうとB点の状態に移ることはできない。比較例としての制御装置100は、実際のバルブタイミングを参照しながら目標吸気管圧力を決定するとともに、実際の過給圧(スロットルが全開となる加速運転時の過給圧は吸気管圧力に等しい)を参照しながら目標バルブタイミングを決めているためである。実際のバルブタイミングはVVT6による空気量制御の出力に相当し、実際の過給圧はWGV4による空気量制御の出力に相当する。比較例としての制御装置100のようにWGV4による空気量制御とVVT6による空気量制御との間で互いの出力を相互参照する方法では、実際の過給圧とバルブタイミングとによって目標空気量が達成されている場合、動作点をA点から最適動作点であるB点に移そうとする作用が働かない。
In this regard, in the configuration of the
本実施の形態に係る制御装置110は、比較例としての制御装置100が有する上記の問題を解決するために、VVT6とWGV4との改善された協調制御を採用している。その改善された協調制御とは、過給圧センサ8により計測された実際の過給圧に代えて、最大過給圧算出ユニット30で算出した最大過給圧を加速運転時における目標バルブタイミングの計算に用いることである。これによれば、WGV4による空気量制御では実際のバルブタイミングを参照するが、VVT6による空気量制御では実際の過給圧を参照しないため、VVT6による空気量制御とWGV4による空気量制御との間で干渉が生じることがない。さらに、最大過給圧は実過給圧よりも高いため、最大過給圧を参照することによって実過給圧の上昇を待たずにバルブタイミングを遅角させようとする作用が働くことになる。したがって、本実施の形態に係る制御装置110による改善された協調制御によれば、目標空気量の等高線上の動作点を最大過給圧の方向に向けて、つまり、最適動作点であるB点へ向けて移動させていくことができる。
次に、本実施の形態に係る制御装置110の利点について、本実施の形態に係る制御装置110による加速運転時の制御結果と比較例としての制御装置100による加速運転時の制御結果とを比較することで明らかにする。まず、狙いとする加速運転時の動作について、図4のタイムチャートを用いて説明する。狙いとする動作では、目標空気量が増大した場合、吸気バルブを通過する空気流量が最大になる値までバルブタイミングが進角するとともに、目標空気量に対応させて目標吸気管圧力が高められ、その高められた目標吸気管圧力に向けて過給圧は速やかに上昇していく。そして、目標空気量と実空気量との差が閾値以下になるまで実空気量が上昇した後、バルブタイミングは最も効率の良い値であるベースバルブタイミングへと戻る(ただし、この例ではバルブタイミングにはガードがかからないものとする)。このような動作が狙い通りに実現されたならば、加速運転時における目標空気量に対する実空気量の追従性及び収束性を担保しながら、内燃機関2に求められる様々な性能に関して良好な制御結果を得ることができる。
Next, regarding the advantages of the
しかしながら、比較例としての制御装置100の場合、加速運転時の制御結果は図5のタイムチャートに示すようなものとなる。比較例としての制御装置100によれば、バルブタイミングは狙い通りに吸気バルブを通過する空気流量が最大になる値まで進角される。しかしながら、目標吸気管圧力は目標空気量と実際のバルブタイミングとから決定されるため、下段のグラフ中に点線で示すように、目標吸気管圧力は目標空気量の増大に合わせて一旦高められた後、バルブタイミングの進角に伴って下げられていく。WGV4は目標吸気管圧力に基づいて制御されるため、下段のグラフ中に実線で示すように、目標吸気管圧力が低下すればWGV4の制御により実現される過給圧も低く抑えられたままとなる。そして、実過給圧が低く抑えられることにより、目標空気量と実過給圧とに基づいて制御されるバルブタイミングは進角されたままとなる。つまり、比較例としての制御装置100では、目標空気量を達成することはできるものの、過給圧を高めつつバルブタイミングを最も効率の良いベースバルブタイミングへ戻していくことはできない。
However, in the case of the
これに対し、本実施の形態に係る制御装置110の場合、図6のタイムチャートに示すような加速運転時の制御結果を得ることができる。本実施の形態に係る制御装置110によれば、まず、バルブタイミングは、目標空気量の増大に合わせてベースバルブタイミングから吸気バルブを通過する空気流量が最大になる値まで進角される。その後、目標バルブタイミングの計算において最大過給圧が参照されることにより、バルブタイミングは再び効率の良いベースバルブタイミングへ向けて遅角されていく。このようにバルブタイミングが制御される結果、下段のグラフ中に点線で示すように、目標空気量の増大に合わせて高められた目標吸気管圧力はバルブタイミングの進角に伴い一旦下げられるものの、バルブタイミングが遅角されるにつれて目標吸気管圧力は再び上昇していく。WGV4は目標吸気管圧力に基づいて制御されるため、目標吸気管圧力が上昇すればWGV4の制御により実現される過給圧も上昇する。下段のグラフ中に実線と一点鎖線でそれぞれ示すように、実過給圧は最大過給圧に追従するように上昇していく。
On the other hand, in the case of the
以上の制御結果から分かるように、本実施の形態に係る制御装置110によれば、バルブタイミングと過給圧とに関して狙いとする動作を実現することができる。これにより、加速運転時における目標空気量に対する実空気量の追従性及び収束性を担保しながら、燃費性能、排気ガス性能、燃焼安定性などの内燃機関2に要求される様々な性能を満足させることができる。
As can be seen from the control results described above, the
なお、本実施の形態においては、目標吸気管圧力算出ユニット24が本発明における「第1の計算手段」に相当する。また、WGV制御ユニット26が本発明における「第2の計算手段」に相当し、WGVデューティは「アクチュエータ制御変数」に相当する。最大過給圧算出ユニット30は本発明における「第3の計算手段」に相当する。そして、VVT制御ユニット28が本発明における「第4の計算手段」に相当し、目標バルブタイミングは「VVT制御変数」に相当する。なお、本実施の形態では、目標バルブタイミングに従ってVVT6を制御しているが、より詳しくは、VVT6のオイルコントロールバルブ(OCV)を駆動するソレノイドのデューティを目標バルブタイミングから算出している。したがって、OCVを駆動するソレノイドのデューティを「VVT制御変数」と解釈することもできる。
In the present embodiment, the target intake pipe
実施の形態2.
次に、本発明の実施の形態2について図を参照して説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図7は、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。図7に示す構成において実施の形態1に係る制御装置110が有する要素と共通の要素については同一の符号が付されている。
FIG. 7 is a functional block diagram showing the configuration of the control device for the internal combustion engine according to the present embodiment. In the configuration shown in FIG. 7, elements that are the same as those of the
本実施の形態に係る制御装置120は、目標空気量算出ユニット22、目標吸気管圧力算出ユニット24、WGV制御ユニット26、VVT制御ユニット28、及びオフセット量加算ユニット32を備えている。つまり、本実施の形態に係る制御装置120は、実施の形態1に係る制御装置110が備える最大過給圧算出ユニット30の代わりにオフセット量加算ユニット32を備えている。
The
オフセット量加算ユニット32は、過給圧センサ8によって計測された実際の過給圧に対して所定のオフセット量を加算する計算を行い、その計算値をVVT制御用の参照過給圧として算出する。つまり、本実施の形態に係る制御装置120では、加速運転時の目標バルブタイミングの計算に用いる参照過給圧として、オフセット量加算ユニット32で算出された過給圧、すなわち、実過給圧よりもオフセット量の分だけ高い過給圧がVVT制御ユニット28に入力される。
The offset
図8は、本実施の形態に係る制御装置120による加速運転時の制御結果のイメージを示すタイムチャートである。本実施の形態に係る制御装置120によれば、まず、バルブタイミングは、目標空気量の増大に合わせてベースバルブタイミングから吸気バルブを通過する空気流量が最大になる値まで進角される。その後、目標バルブタイミングの計算において実過給圧よりも高い過給圧が参照されることにより、バルブタイミングは過給圧の上昇を待たずに先に遅角側へ戻り始める。そして、バルブタイミングが先に遅角側へ戻り始める結果、下段のグラフ中に点線で示すように、目標空気量の増大に合わせて高められた目標吸気管圧力は、加速開始時のバルブタイミングの進角に伴い一旦下げられるものの、バルブタイミングが遅角されるにつれて目標吸気管圧力は再び上昇していく。目標吸気管圧力が上昇すればWGV4の制御により実現される過給圧も上昇する。下段のグラフ中に実線と一点鎖線でそれぞれ示すように、実過給圧はオフセット量を加算された値に追従するように上昇していき、それに先行してバルブタイミングは最も効率の良いベースバルブタイミングへ戻っていく。
FIG. 8 is a time chart showing an image of a control result during acceleration operation by
以上の制御結果から分かるように、本実施の形態に係る制御装置120によれば、実施の形態に係る制御装置110と同様に、バルブタイミングと過給圧とに関して狙いとする動作を実現することができる。これにより、加速運転時における目標空気量に対する実空気量の追従性及び収束性を担保しながら、燃費性能、排気ガス性能、燃焼安定性などの内燃機関2に要求される様々な性能を満足させることができる。
As can be seen from the above control results, according to the
なお、本実施の形態においては、オフセット量加算ユニット32が本発明における「第3の計算手段」に相当する。
In the present embodiment, the offset
実施の形態3.
次に、本発明の実施の形態3について図を参照して説明する。
Embodiment 3 FIG.
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to the drawings.
図9は、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。図9に示す構成において実施の形態1に係る制御装置110が有する要素と共通の要素については同一の符号が付されている。
FIG. 9 is a functional block diagram showing the configuration of the control device for the internal combustion engine according to the present embodiment. In the configuration shown in FIG. 9, elements common to the elements included in
本実施の形態に係る制御装置130は、目標空気量算出ユニット22、目標吸気管圧力算出ユニット24、WGV制御ユニット26、VVT制御ユニット28、及び傾き下限ガードユニット34を備えている。つまり、本実施の形態に係る制御装置130は、実施の形態1に係る制御装置110が備える最大過給圧算出ユニット30の代わりに傾き下限ガードユニット34を備えている。
The
傾き下限ガードユニット34は、過給圧センサ8により計測された過給圧を上昇率の下限を規定する下限ガードで補正する計算を行い、その計算値をVVT制御用の参照過給圧として算出する。つまり、本実施の形態に係る制御装置130では、加速運転時の目標バルブタイミングの計算に用いる参照過給圧として、傾き下限ガードユニット34で算出された過給圧、すなわち、下限ガードで規定された値以上の上昇率で単調に上昇する過給圧がVVT制御ユニット28に入力される。
The inclination lower
図10は、本実施の形態に係る制御装置130による加速運転時の制御結果のイメージを示すタイムチャートである。本実施の形態に係る制御装置130によれば、まず、バルブタイミングは、目標空気量の増大に合わせてベースバルブタイミングから吸気バルブを通過する空気流量が最大になる値まで進角される。その後、目標バルブタイミングの計算において単調に上昇する過給圧が参照されることにより、バルブタイミングは参照過給圧の上昇に応じて遅角されていく。そして、下段のグラフ中に点線で示すように、目標空気量の増大に合わせて高められた目標吸気管圧力は、加速開始時のバルブタイミングの進角に伴い一旦下げられるものの、バルブタイミングが遅角されるにつれて目標吸気管圧力は再び上昇していく。目標吸気管圧力が上昇すればWGV4の制御により実現される過給圧も上昇する。下段のグラフ中に実線と一点鎖線でそれぞれ示すように、傾き下限ガードユニット34で算出された過給圧(傾きガード処理後の実過給圧)に追従するように実過給圧は上昇していき、それに先行してバルブタイミングは最も効率の良いベースバルブタイミングへ戻っていく。
FIG. 10 is a time chart showing an image of a control result during acceleration operation by
以上の制御結果から分かるように、本実施の形態に係る制御装置130によれば、実施の形態に係る制御装置110と同様に、バルブタイミングと過給圧とに関して狙いとする動作を実現することができる。これにより、加速運転時における目標空気量に対する実空気量の追従性及び収束性を担保しながら、燃費性能、排気ガス性能、燃焼安定性などの内燃機関2に要求される様々な性能を満足させることができる。
As can be seen from the above control results, according to the
なお、本実施の形態においては、傾き下限ガードユニット34が本発明における「第3の計算手段」に相当する。
In the present embodiment, the inclination lower
その他.
以上述べたように、本発明の実施の形態に係る制御装置110,120,130は、実際の過給圧より高い過給圧をVVT制御用の参照過給圧として算出するという点において共通の特徴を有している。ただし、図11のタイムチャートに示すように、実過給圧とVVT制御用の参照過給圧との間の乖離が大きい場合には、その乖離の分だけ実空気量が目標空気量から乖離することになり、空気量の変動が生じてしまう。このような課題が発生する原因は中段のグラフに示すVVT6の動作にある。上述の何れの実施の形態においても、VVT6は一度実空気量を目標空気量に合わせる側に操作された後、効率の良いベースバルブタイミングに再び戻す際に実空気量を目標空気量から乖離させる側に操作される。このため、過給圧の上昇の具合が目論見よりも不十分である場合には、バルブタイミングの遅角による空気量の低下を過給圧の上昇によって補うことができず、結果、実空気量が目標空気量から乖離する状況が発生してしまう。
Others.
As described above, the
このような課題に対する対策としては次の2つの案が考えられる。 The following two plans can be considered as countermeasures against such problems.
第1の対策案は、VVT制御用の参照過給圧と過給圧センサ8により計測された実過給圧との差が基準値を超える場合には、バルブタイミングの遅角方向への変化率に制限を加えることである。具体的には、VVT制御ユニット28において、目標バルブタイミングをベースバルブタイミングに戻していく際の変化率に対して上限ガードをかければよい。このような対策を施すことにより、実過給圧がVVT制御用の参照過給圧に追従しやすくなり、空気量の変動の幅は小さくなる。また、空気量の変動の周波数が低くなるため、運転者が違和感を覚えにくくなるという利点もある。
The first countermeasure proposal is that when the difference between the reference boost pressure for VVT control and the actual boost pressure measured by the
第2の対策案は、VVT制御用の参照過給圧と過給圧センサ8により計測された実過給圧との差が基準値を超える場合には、図12のタイムチャートに示すように、参照過給圧の上昇率に制限を加えることである。参照過給圧の上昇率に制限を加えることで実過給圧が参照過給圧に追いつきやすくなり、実過給圧と参照過給圧との間の乖離は小さくなる。その結果、実空気量の目標空気量からの乖離も小さくなって空気量の変動は抑えられる。
As shown in the time chart of FIG. 12, when the difference between the reference boost pressure for VVT control and the actual boost pressure measured by the
また、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上述の実施の形態では加速運転時にはスロットルは全開であるとしているが、スロットルが全開であることは必須ではなく常に目標吸気管圧力に応じたスロットル開度に制御されるのでもよい。或いは、過給領域ではスロットルは常に全開に制御されるようになっていてもよい。つまり、本発明が適用される対象は、VVTとWGVとの協調制御が行われる制御装置であればよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the throttle is fully open during acceleration operation, but it is not essential that the throttle is fully open, and the throttle opening may always be controlled according to the target intake pipe pressure. Alternatively, the throttle may be controlled to be fully open in the supercharging region. That is, the target to which the present invention is applied may be a control device that performs cooperative control of VVT and WGV.
また、本発明に係る制御装置は、WGV付きターボ過給機を有する内燃機関だけでなく、可変ノズルを備えた可変容量型ターボ過給機を有する内燃機関にも適用することができる。また、電動モータ等のアクチュエータによって過給特性を変化させることができるのであれば、ターボ過給機だけでなく、機械式過給機を有する内燃機関にも本発明に係る制御装置を適用することができる。 Further, the control device according to the present invention can be applied not only to an internal combustion engine having a turbocharger with WGV but also to an internal combustion engine having a variable displacement turbocharger having a variable nozzle. If the supercharging characteristics can be changed by an actuator such as an electric motor, the control device according to the present invention is applied not only to the turbocharger but also to an internal combustion engine having a mechanical supercharger. Can do.
2 内燃機関
4 ウエストゲートバルブ(WGV)
6 可変バルブタイミング機構(VVT)
8 過給圧センサ
22 目標空気量算出ユニット
24 目標吸気管圧力算出ユニット
26 WGV制御ユニット
28 VVT制御ユニット
30 最大過給圧算出ユニット
32 オフセット量加算ユニット
34 傾き下限ガードユニット
100 比較例としての制御装置
110 実施の形態1に係る制御装置
120 実施の形態2に係る制御装置
130 実施の形態3に係る制御装置
2
6 Variable valve timing mechanism (VVT)
8 Supercharging
Claims (6)
前記内燃機関の目標空気量と前記可変バルブタイミング機構により実現されたバルブタイミングとに基づいて前記内燃機関の目標吸気管圧力を計算する第1の計算手段と、
前記目標吸気管圧力に基づいて前記過給特性制御アクチュエータの制御変数であるアクチュエータ制御変数を計算する第2の計算手段と、
実際の過給圧より高い過給圧を前記可変バルブタイミング機構の制御用の参照過給圧として算出する第3の計算手段と、
前記可変バルブタイミング機構の制御によって吸気バルブを通過する空気の流量を最大にした場合の推定空気量を計算し、前記推定空気量が前記目標空気量よりも小さい場合には、前記吸気バルブを通過する空気の流量が最大になるように前記可変バルブタイミング機構の制御変数であるVVT制御変数を計算し、前記推定空気量が前記目標空気量以上の場合には、前記目標空気量と前記参照過給圧とに基づいて前記VVT制御変数を計算する第4の計算手段と、を備え、
前記制御装置は、前記VVT制御変数に従って前記可変バルブタイミング機構を制御するとともに、前記アクチュエータ制御変数に従って前記過給特性制御アクチュエータを制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。 In a control device for an internal combustion engine having a variable valve timing mechanism, a supercharger, and a supercharging characteristic control actuator that changes a supercharging characteristic of the supercharger,
First calculating means for calculating a target intake pipe pressure of the internal combustion engine based on a target air amount of the internal combustion engine and a valve timing realized by the variable valve timing mechanism;
Second calculating means for calculating an actuator control variable that is a control variable of the supercharging characteristic control actuator based on the target intake pipe pressure;
Third calculation means for calculating a supercharging pressure higher than an actual supercharging pressure as a reference supercharging pressure for controlling the variable valve timing mechanism;
Calculate the estimated air amount when the flow rate of air passing through the intake valve is maximized by the control of the variable valve timing mechanism, and if the estimated air amount is smaller than the target air amount, pass through the intake valve VVT control variable, which is a control variable of the variable valve timing mechanism, is calculated so that the flow rate of air to be maximized. If the estimated air amount is equal to or greater than the target air amount, the target air amount and the reference excess amount are calculated. And a fourth calculation means for calculating the VVT control variable based on the supply pressure,
The control device of the internal combustion engine, wherein the control device controls the variable valve timing mechanism according to the VVT control variable and controls the supercharging characteristic control actuator according to the actuator control variable.
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