JP2014134161A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】排気圧と補正前体積効率相当値用排気圧とインマニ圧から補正算出用パラメータを算出し、この補正算出用パラメータを用いて補正前体積効率相当値を補正して補正後体積効率相当値を算出し、この補正後体積効率相当値に基づいてインマニ7からシリンダ10に入る空気量を算出する。
【選択図】図3
Description
インマニ圧とエンジン回転数と体積効率相当値Kvマップから体積効率相当値Kvを算出する。
縦破線Aよりインマニ圧が低い領域では、W/Gバルブ全開、全閉とで排気圧は略同等である。これは、W/Gバルブ全開、全閉にかかわらず排気ガスのタービンへの流入量が少なく、過給できるほどのタービンの回転を得られてない(排気圧も上昇はしない)ためである。そして、縦破線A〜Bに当たるインマニ圧の領域において、W/Gバルブ全閉の場合は排気ガスのタービンへの流入量が多く、過給するのに十分なタービンの回転が得られると共に、排気ガスがタービンを通りぬける際の抵抗も大きくなるので排気圧は大気圧よりも上昇している。一方、W/Gバルブ全開の場合は、排気ガスの多くが排気バイパス通路側を通るため、排気圧は大気圧をわずかに上回る程度である。そして、縦破線Bよりインマニ圧が高い領域では、排気ガスの流量が多いため、W/Gバルブ全開の場合でも排気ガスを排気バイパス通路側に逃がしきれずにタービンへの流入量が増えてくるので排気圧は大気圧よりも上昇している。
縦破線Aよりインマニ圧が低い領域では、W/Gバルブ全開、全閉とで同一インマニ圧に対する内部EGR率は略同等である。これは、W/Gバルブ全開、全閉とで排気圧は略同等であるので(イメージI参照)、W/Gバルブ全開、全閉とで排気路からシリンダに吹きかえる排気ガスの量も略同等であるためである。そして、縦破線A〜Bに当たるインマニ圧の領域においては、W/Gバルブ全閉に対してW/Gバルブ全開の同一インマニ圧における内部EGR率は低くなっている。これは、W/Gバルブ全閉に対して同一インマニ圧におけるW/Gバルブ全開での排気圧が低いので(イメージI参照)、W/Gバルブ全閉に対してW/Gバルブ全開での排気路からシリンダに吹きかえる排気ガスの量が少なくなるためである。そして、縦破線Bよりインマニ圧が高い領域では、インマニ圧が高くなるにつれてW/Gバルブ全開と全閉での同一インマニ圧における内部EGR率の差が小さくなる。これは、インマニ圧が高くなるにつれてシリンダ吸入空気量が増加することにより、排気ガスが排気路からシリンダに吹きかえるにあたりシリンダ内での余地が少なくなっていき、W/Gバルブ全開と全閉とで排気圧に差があっても(イメージI参照)、同一インマニ圧における排気路からシリンダに吹きかえる排気ガスの量の差が小さくなるためである。
縦破線Aよりインマニ圧が低い領域では、W/Gバルブ全開、全閉とで同一インマニ圧における内部EGRは略同等であるので(イメージII参照)、W/Gバルブ全開、全閉とで同一のインマニ圧におけるシリンダ吸入空気量Qは略同等となる。そして、縦破線A〜Bに当たるインマニ圧の領域においては、W/Gバルブ全閉に対してW/Gバルブ全開の同一インマニ圧における内部EGR率は低いので(イメージII参照)、W/Gバルブ全閉に対してW/Gバルブ全開の同一インマニ圧におけるシリンダ吸入空気量Qは多くなる。そして、縦破線Bよりインマニ圧が高い領域では、インマニ圧が高くなるにつれてW/Gバルブ全開と全閉での同一インマニ圧における内部EGRの差が小さくなるので、W/Gバルブ全開と全閉での同一インマニ圧におけるシリンダ吸入空気量Qの差は小さくなる。
上記スロットルバルブの下流に設けられるサージタンク及びインテークマニホールドを含む部分で構成されるインマニの内部圧力をインマニ圧として検出するインマニ圧検出手段と、上記インマニの内部吸気温度をインマニ温として検出するインマニ温検出手段と、
上記タービンを迂回するバイパス通路に設けられ、開度を変更して上記バイパス通路の流路断面積を変更するウェイストゲートバルブと、上記内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、上記タービンの上流に設けられる排気路内の圧力を排気圧として算出する排気圧算出手段と、上記ウェイストゲートバルブの所定開度ないし所定開度指示値における上記インマニから上記内燃機関のシリンダに入る空気量を示す指標である補正前体積効率相当値を、上記インマニ圧と上記内燃機関の回転速度に基づいて算出する補正前体積効率相当値算出手段と、上記補正前体積効率相当値に対する排気圧である補正前体積効率相当値用排気圧を、上記インマニ圧と上記内燃機関の回転速度に基づいて算出する補正前体積効率相当値用排気圧算出手段と、を備え、
上記排気圧と上記補正前体積効率相当値用排気圧と上記インマニ圧から補正算出用パラメータを算出し、該補正算出用パラメータを用いて上記補正前体積効率相当値を補正することにより補正後体積効率相当値を算出し、上記補正後体積効率相当値に基づいて上記インマニから上記シリンダに入る空気量を算出することを特徴とするものである。
まず、この発明の実施の形態1を説明するにあたり、図15を用いて排気圧の変化に対する排気路からシリンダに吹きかえる排気ガスの量の変化について説明する。図15は、排気ガスが排気路からシリンダに吹きかえる状態のモデル図で、符号7はインマニ、符号9は吸気バルブ、符号10はシリンダ、符号17はピストン、符号20は排気バルブ、符号26は排気路(タービンの上流)、符号27は排気路26からの吹き返り部を示す。吸気バルブ9と排気バルブ20は共に開いた状態であり、インマニ7とシリンダ10でのガスは平衡状態(圧力、温度等が同じ)であるとする。まず、等エントロピ変化の関係式及び音速の関係式から(2)式が示される。
実機試験により対象エンジンの各運転領域での補正前体積効率相当値Kv0を取得する際に合わせて取得した排気圧(補正前体積効率相当値用排気圧)をP30、インマニ温をTb0とし、同一のインマニ圧とエンジン回転数における排気路26からシリンダ10に吹きかえる排気ガスの量の変化を、補正前体積効率相当値Kv0での排気路26からシリンダ10に吹きかえる排気ガスの量mb0との比η’で表すと(7)式で示される。
まず、体積効率相当値Kvと内部EGR率の関係について説明する。体積効率相当値Kvはシリンダ吸入空気量の指標であり、例えば体積効率相当値Kv=1の場合はシリンダの行程容積のすべてがシリンダ吸入空気量で満たされることを示し、体積効率相当値Kv=0の場合はシリンダの行程容積のすべてが既燃ガスで満たされることを示す。内部EGR率は前述のとおり吸気バルブ閉時点のシリンダ内の既燃ガスの割合を示す。よって、1−Kvと内部EGR率×100とは等価もしくは相関があると考えられる。そこで、本発明者らは実機試験により1−Kvに対する内部EGR率の関係を確認した。
図16の横軸は1−Kv、縦軸は内部EGR率÷100(内部EGR率が100%で1)を示す。なお、体積効率相当値Kvは、W/Gバルブの各開度及び各インマニ圧にてそれぞれ(1)式から算出したものである。図16に示すように、1−Kvと内部EGR率÷100とが等価ではないものの、インマニ圧及びW/Gバルブの開度に関わらず1−Kvに対する内部EGR率÷100は一意であり、1−Kvと内部EGR率とで相関があることが分かる。1−Kvと内部EGR率とで相関があることと、前述のとおり排気路26からシリンダ10に吹きかえる排気ガスの量が内部EGR率に影響することを鑑み、(8)式の補正算出用パラメータと補正前体積効率相当値Kv0とを用いた補正前体積効率相当値Kv0の補正は(9)式で示される。
図17は、排気ガス流量Qexに対する排気圧÷大気圧の関係を示すイメージ図で、横軸は排ガス流量Qex、縦軸は排気圧÷大気圧を示す。なお、排気圧ではなく排気圧÷大気圧としているのは、高地での運転等で大気圧が平地よりも比較的低い場合も考慮したためである。また、図17中の実線はW/Gバルブの開度=0%(全閉)、破線はW/Gバルブの開度=20%、一点鎖線はW/Gバルブの開度=40%、長破線はW/Gバルブの開度=60%、長一点鎖線はW/Gバルブの開度=80%、長二点鎖線はW/Gバルブの開度=100%(全開)でのシリンダ10から排気される排気ガス流量に対する排気圧÷大気圧の関係を示す。
排気ガス流量Qex(n)算出手段301では、排気圧P3(n)の算出に必要な排ガス流量Qex(n)を算出する。図4に、排気ガス流量Qex(n)算出手段301のフローチャートを示す。
図4のステップS401にて、3行程前のシリンダ吸入空気量Q(n−3)と目標空燃比AFt(n−3)を取得する。3行程前のシリンダ吸入空気量Q(n−3)と目標空燃比AFt(n−3)に関しては、後述のとおり、吸入空気量Q(n)算出手段306を経てシリンダ吸入空気量Q、目標空燃比AFtを算出した後に3行程前までの値をECU200内のメモリに逐次保存するようにしている。そして、ステップS402にて、3行程前のシリンダ吸入空気量Q(n−3)と目標空燃比AFt(n−3)、及び(10)式から、排気ガス流量Qex(n)を算出する。なお、前述のとおり、3行程前の目標空燃比AFt(n−3)の代わりにO2センサ等から検出される実空燃比を用いてもよく、その場合は(10)式の目標空燃比AFt(n−3)を実空燃比AF(n)に置き換える形となり、後述のECU200内のメモリに目標空燃比AFtを逐次保存する処理は不要である。
排気圧P3(n)、P30(n)算出手段302では、補正算出用パラメータη(n)の算出に必要な排気圧P3(n)、P30(n)を算出する。図5に排気圧P3、P30算出手段302のフローチャートを示す。
図5のステップS501にて、エンジン回転数Ne(n)、W/Gバルブ開度指示値D(n)、大気圧P1(n)、インマニ圧Pb(n)、吸気VVT位相角IVT(n)、排気ガス流量Qex(n)算出手段301にて算出した排ガス流量Qex(n)を取得する。次にステップS502〜ステップS503にて排気圧P3(n)、ならびにステップS504〜ステップS505にて排気圧P30(n)を算出する。
補正算出用パラメータη(n)算出手段303では、補正前体積効率相当値Kv0(n)の補正に必要な補正算出用パラメータη(n)を算出する。図8に補正算出用パラメータη(n)算出手段303のフローチャートを示す。
図8のステップS801にて、インマニ圧Pb(n)、及び排気圧P3(n)、P30(n)算出手段302で算出した排気圧P3(n)とP30(n)を取得する。
ステップS1001にて、エンジン回転数Ne(n)、インマニ圧Pb(n)、吸気VVT位相角IVT(n)を取得する。次に、ステップS1002にて、エンジン回転数Ne(n)とインマニ圧Pb(n)と吸気VVT位相角IVT(n)と図11に示すマップ1101を用いて補正前体積効率相当値Kv0を算出する。なお、前述したように、実機試験により対象エンジンのエンジン回転数Neとインマニ圧Pbと吸気VVT位相角IVTと補正前体積効率相当値Kv0の関係を予め図11に示すマップ1101に格納しておく。マップ1101は、エンジン回転数Neとインマニ圧Pbを軸とし、補正前体積効率相当値Kv0の値が格納されている。また、このマップ1101は、吸気VVT位相角IVTの作動範囲の代表点毎に持つものであり、吸気VVT位相角IVTが0〜50度である場合は、例として吸気VVT位相角IVT=0、10、20、30、40、50度でそれぞれマップ1101を持つ。
ステップS1201にて、補正前体積効率相当値Kv0(n)算出手段304で算出した補正前体積効率相当値Kv0(n)と、補正算出用パラメータη(n)算出手段303で算出した補正算出用パラメータη(n)を取得する。次に、ステップS1202にて(9)式のとおり補正前体積効率相当値Kv0(n)と補正算出用パラメータη(n)を用いて補正後体積効率相当値Kv_newを算出する。
ステップS1301にて、補正後体積効率相当値Kv_new(n)算出手段305で算出した補正後体積効率相当値Kv_new(n)、エンジン回転数Ne(n)、インマニ圧Pb(n)、インマニ温Tb(n)を取得する。次に、ステップS1302にて(1)式によりエンジン回転数Ne(n)から所定クランク角周期T_SGT(n)を算出する。そして、ステップS1303にて(1)式により補正後体積効率相当値Kv_new(n)とインマニ圧Pb(n)とインマニ温Tb(n)と所定クランク角周期T_SGT(n)を用いてシリンダ吸入空気量Q(n)を算出する。前述のとおり、ここで算出されたシリンダ吸入空気量Q(n)ならびにECU200に入力された各種データに基づき、各種制御値が算出される。
Claims (4)
- 内燃機関の排気路に設けられたタービンと、上記内燃機関の吸気路に設けられたスロットルバルブの上流側に設けられ、上記タービンと一体に回転する圧縮機を有する過給機を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
上記スロットルバルブの下流に設けられるサージタンク及びインテークマニホールドを含む部分で構成されるインマニの内部圧力をインマニ圧として検出するインマニ圧検出手段と、
上記インマニの内部吸気温度をインマニ温として検出するインマニ温検出手段と、
上記タービンを迂回するバイパス通路に設けられ、開度を変更して上記バイパス通路の流路断面積を変更するウェイストゲートバルブと、
上記内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
上記タービンの上流に設けられる排気路内の圧力を排気圧として算出する排気圧算出手段と、
上記ウェイストゲートバルブの所定開度ないし所定開度指示値における上記インマニから上記内燃機関のシリンダに入る空気量を示す指標である補正前体積効率相当値を、上記インマニ圧と上記内燃機関の回転速度に基づいて算出する補正前体積効率相当値算出手段と、
上記補正前体積効率相当値に対する排気圧である補正前体積効率相当値用排気圧を、上記インマニ圧と上記内燃機関の回転速度に基づいて算出する補正前体積効率相当値用排気圧算出手段と、を備え、
上記排気圧と上記補正前体積効率相当値用排気圧と上記インマニ圧とから補正算出用パラメータを算出し、該補正算出用パラメータを用いて上記補正前体積効率相当値を補正することにより補正後体積効率相当値を算出し、
上記補正後体積効率相当値に基づいて上記インマニから上記シリンダに入る空気量を算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 上記排気圧算出手段は、上記シリンダから排気される排気ガス流量と大気圧と上記ウェイストゲートバルブの開度ないし開度指示値に基づいて排気圧を算出するものであって、
上記排気ガス流量は、該排気ガス流量の算出実施時点の排気行程から、膨張行程、圧縮行程と遡った先の吸気行程の上記シリンダに入った空気量と、上記遡った先の吸気行程での目標空燃費ないし前記排気ガス流量の算出実施時点の実空燃費に基づいて算出することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の内燃機関の制御装置。
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