JP2015206307A - Control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、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.
従来、例えば特開2010−265801号公報には、エンジンのスロットル制御に関する技術が開示されている。この公報に記載の技術によれば、要求トルクに基づいて目標EGR量が算出され、これを用いて目標吸気圧が算出される。そして、所定の追従制御手法と非干渉制御手法を用いて、吸気圧をこの目標吸気圧に追従させるとともに吸気量に対して干渉しないように非干渉化補償値が算出される。これを要求トルクに基づいて算出されるスロットルの基本開度に加算することで目標スロットル開度が算出される。 Conventionally, for example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2010-265801 discloses a technique related to engine throttle control. According to the technique described in this publication, the target EGR amount is calculated based on the required torque, and the target intake pressure is calculated using the target EGR amount. Then, using a predetermined tracking control method and a non-interference control method, the non-interacting compensation value is calculated so that the intake pressure follows the target intake pressure and does not interfere with the intake air amount. By adding this to the basic throttle opening calculated based on the required torque, the target throttle opening is calculated.
ところで、燃費性能を向上させるためには、ポンピングロスが最小限となるようにスロットルを制御することが望ましい。しかしながら、上記特許文献1の公報の技術は、EGR量の最適化の観点から目標吸気圧を算出しスロットル制御を行うものであり、ポンピングロスに関しては何ら考慮されていない。このため、上記従来のスロットル制御は、過渡運転時のEGR量の最適化による排気性能の向上は見込めるが、燃費性能を向上させるための制御としては不十分であり、未だ改善の余地が残されている。
By the way, in order to improve the fuel efficiency, it is desirable to control the throttle so that the pumping loss is minimized. However, the technique disclosed in
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、過渡運転時において、排気性能の向上と燃費性能の向上とを両立させることのできる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 in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an internal combustion engine control device capable of achieving both improvement in exhaust performance and improvement in fuel efficiency during transient operation. To do.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置において、
吸気通路におけるスロットルの上流側に設けられたコンプレッサと排気通路に設けられたタービンとを有するターボ過給機と、
内燃機関の運転状態に基づいて、前記コンプレッサの下流側且つ前記スロットルの上流側の吸気圧と前記タービンの上流側の排気圧との差圧の目標値である目標差圧を算出する目標差圧算出手段と、
前記タービンの上流側の排気圧を取得する排気圧取得手段と、
前記目標差圧と前記排気圧とに基づいて、前記吸気圧の目標値である目標吸気圧を算出する目標吸気圧算出手段と、
前記スロットルをモデル化したノズル式を用いて、前記目標吸気圧を実現するための前記スロットルの開口面積を算出し、当該開口面積に基づいて前記スロットルの目標開度を算出する目標開度算出手段と、
前記スロットルの開度を前記目標開度に制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention provides a control device for an internal combustion engine,
A turbocharger having a compressor provided upstream of the throttle in the intake passage and a turbine provided in the exhaust passage;
A target differential pressure that calculates a target differential pressure that is a target value of a differential pressure between the intake pressure downstream of the compressor and upstream of the throttle and the exhaust pressure upstream of the turbine, based on the operating state of the internal combustion engine A calculation means;
Exhaust pressure acquisition means for acquiring the exhaust pressure upstream of the turbine;
Target intake pressure calculating means for calculating a target intake pressure that is a target value of the intake pressure based on the target differential pressure and the exhaust pressure;
A target opening calculation means for calculating an opening area of the throttle for realizing the target intake pressure using a nozzle type that models the throttle, and calculating a target opening of the throttle based on the opening area When,
Control means for controlling the throttle opening to the target opening;
It is characterized by providing.
第1の発明によれば、過渡運転時において目標差圧を実現するようにスロットルが制御されるので、排気性能の向上と燃費性能の向上とを両立することができる。 According to the first invention, since the throttle is controlled so as to achieve the target differential pressure during transient operation, it is possible to achieve both improvement in exhaust performance and improvement in fuel efficiency.
本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態の制御装置が適用されるエンジンシステムの構成を示す図である。本実施の形態に係る内燃機関は、ターボ過給機付きのディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)である。エンジンの本体2には4つの気筒が直列に備えられ、気筒ごとにインジェクタ8が設けられている。エンジン本体2には吸気マニホールド4と排気マニホールド6が取り付けられている。吸気マニホールド4にはエアクリーナ20から取り込まれた新気が流れる吸気通路10が接続されている。吸気通路10にはターボ過給機のコンプレッサ14が取り付けられている。吸気通路10においてコンプレッサ14の下流にはスロットル24が設けられている。吸気通路10においてコンプレッサ14とスロットル24との間にはインタークーラ22が備えられている。排気マニホールド6にはエンジン本体2から出た排気ガスを大気中に放出するための排気通路12が接続されている。排気通路12にはターボ過給機のタービン16が取り付けられている。ターボ過給機は可変容量型であって、タービン16には可変ノズル18が備えられている。排気通路12においてタービン16の下流には排気ガスを浄化するための触媒装置26が設けられている。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an engine system to which a control device according to an embodiment of the present invention is applied. The internal combustion engine according to the present embodiment is a diesel engine with a turbocharger (hereinafter simply referred to as an engine). The
本実施の形態に係るエンジンは、排気系から吸気系へ排気ガスを再循環させるEGR装置を備えている。EGR装置は、吸気通路10におけるスロットル24の下流の位置と排気マニホールド6とをEGR通路30によって接続している。EGR通路30にはEGR弁32が設けられている。EGR通路30においてEGR弁32の排気側にはEGRクーラ34が備えられている。EGR通路30にはEGRクーラ34をバイパスするバイパス通路36が設けられている。EGR通路30から分岐したバイパス通路36が再びEGR通路30に合流する箇所には、排気ガスが流れる方向を切り替えるバイパス弁38が設けられている。
The engine according to the present embodiment includes an EGR device that recirculates exhaust gas from the exhaust system to the intake system. In the EGR device, a position downstream of the
本実施の形態に係るエンジンシステムはECU(Electronic Control Unit)50を備える。ECU50は、エンジンシステムの全体を総合制御する制御装置であって、本発明に係る制御装置はECU50の一つの機能として具現化されている。
The engine system according to the present embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 50. The ECU 50 is a control device that comprehensively controls the entire engine system, and the control device according to the present invention is embodied as one function of the
ECU50は、エンジンシステムが備えるセンサの信号を取り込み処理する。センサはエンジンシステムの各所に取り付けられている。吸気通路10には、エアクリーナ20の下流に新気量Gaを検出するためのエアフローメータ58が取り付けられている。また、吸気通路10のコンプレッサ14の下流側且つスロットル24の上流側の位置にはスロットル24の上流の圧力であるスロットル前吸気圧P3を検出するための吸気温センサ60及びスロットル24の上流の吸気温度thiaを検出するための吸気圧センサ62が取り付けられ、スロットル24の下流には過給圧Pimを検出するための過給圧センサ64が取り付けられている。また、排気マニホールド6にはタービン16の上流の圧力であるターボ前排気圧P4を検出するための排気圧センサ54が取り付けられている。さらに、エンジンシステムには、クランク軸の回転を検出する回転数センサ52や、アクセルペダルの開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ56なども取り付けられている。ECU50は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムにしたがって各アクチュエータを操作する。ECU50によって操作されるアクチュエータには、可変ノズル18、インジェクタ8、EGR弁32、スロットル24などが含まれている。なお、ECU50に接続されるアクチュエータやセンサは図中に示す以外にも多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。
The ECU 50 captures and processes a sensor signal provided in the engine system. Sensors are installed in various parts of the engine system. An
ECU50により実行されるエンジン制御には吸気圧制御が含まれる。本実施の形態の吸気圧制御では、エンジンの運転状態に基づいて算出された目標吸気圧を実現するための目標スロットル開度が算出され、算出された目標吸気圧になるようにフィードフォワード制御によってスロットル24が操作される。本発明の実施にあたっては、吸気圧制御におけるフィードフォワード制御の具体的な方法に関する限定はない。
The engine control executed by the ECU 50 includes intake pressure control. In the intake air pressure control of the present embodiment, a target throttle opening for realizing the target intake air pressure calculated based on the operating state of the engine is calculated, and feedforward control is performed so as to obtain the calculated target intake air pressure. The
本実施の形態で実行される吸気圧制御は目標吸気圧の決定方法に特徴を有している。すなわち、本実施の形態で実行される吸気圧制御は、過渡運転時において、コンプレッサ14の下流且つスロットル24の上流のスロットル前吸気圧P3とタービン16の上流のターボ前排気圧P4との差圧で表される過渡時のポンピングロスを、目標値である過渡目標ポンピングロスPLに近似させるために、スロットル24のスロットル開度を制御する方式が採用されている。ここで、過渡目標ポンピングロスPLとは、エンジンの運転条件に基づいて決定されるものであり、具体的には、インジェクタ8からの燃料噴射量Q及びエンジン回転数などから決定されるものである。また、本実施の形態では、定常状態において、排気性能を悪化させることのない範囲で燃費を最も向上させることのできる差圧が、運転条件ごとに試験あるいはシミュレーションによって測定され、その結果が過渡目標ポンピングロスPLと運転条件とを関連付けたマップに記録されている。
The intake pressure control executed in the present embodiment is characterized by a method for determining a target intake pressure. That is, the intake pressure control executed in the present embodiment is a differential pressure between the pre-throttle intake pressure P3 downstream of the
この過渡目標ポンピングロスPLを達成するスロットル開度を決定するために、ECU50には、スロットル24をモデル化したノズル式が設定されている。このノズル式を解くことにより、スロットル24の開口面積特性μAthが求められる。このノズル式は、次式(1)で表される。なお、次式(1)において、μは流量係数、Athは開口面積(m2)、Rは気体定数(J/K・Kg)、Pimkは目標吸気圧、そしてκは比熱比を示している。
In order to determine the throttle opening degree that achieves this transient target pumping loss PL, a nozzle type that models the
上記式(1)で算出されたスロットル24の開口面積特性μAthを次式(2)に代入することによりスロットル24の目標スロットル開度dthbseが算出される。ここで、aは係数(適合値)であり、bは定数(適合値)である。
The target throttle opening dthbse of the
上式(2)によって算出された目標スロットル開度dthbseに基づいて、スロットル24の開度が制御される。このようにノズル式に基づいてスロットル24の開度制御を行うことにより、過渡運転時に変化する吸気温度thia、スロットル前吸気圧P3およびターボ前排気圧P4をスロットル24の開度に反映させることができる。これにより、過渡運転状態においてもポンピングロスを過渡目標ポンピングロスに近似させることができるので、排気性能の向上と燃費性能の向上とを両立させることができる。
The opening degree of the
以下、ECU50で実行されるノズル式を用いた吸気圧制御について、図2を参照して説明する。図2は、本実施の形態でECU50により実行されるルーチンを示すフローチャートである。
Hereinafter, the intake pressure control using the nozzle type executed by the
図2に示すルーチンのステップS1では、回転数センサ52の信号からエンジン回転数が計測される。ステップS2では、アクセル開度センサ56の信号から得られたアクセル開度に応じて燃料噴射量Qが算出される。ステップS3では、現時点での吸気温センサ60の信号からスロットル24へ流れる吸気の吸気温度thiaが算出される。ステップS4では、現時点での吸気圧センサ62の信号からスロットル24の上流の圧力であるスロットル前吸気圧P3が算出される。ステップS5では、現時点での排気圧センサ54の信号からタービン16の上流の圧力であるターボ前排気圧P4が算出される。ステップS6では、現時点でのエアフローメータ58の信号から吸気通路10へ吸入される新気量Gaが算出される。以上のステップの処理は、後述するステップでの処理に必要なデータを得るための処理である。したがって、各ステップの順番は適宜変更することもできる。
In step S <b> 1 of the routine shown in FIG. 2, the engine speed is measured from the signal of the
次のステップS7では、エンジン回転数と燃料噴射量Qとから、過渡目標ポンピングロスPLが算出される。ここでは、過渡目標ポンピングロスPLと運転条件とを関連付けたマップが使用される。次のステップS8では、過渡目標ポンピングロスPLから目標吸気圧Pimkが算出される。目標吸気圧Pimkは、過渡目標ポンピングロスPLとターボ前排気圧P4とを用いた以下の関数で表すことができる。
Pimk=P4−PL ・・・(3)
In the next step S7, the transient target pumping loss PL is calculated from the engine speed and the fuel injection amount Q. Here, a map in which the transient target pumping loss PL is associated with the operating conditions is used. In the next step S8, the target intake pressure Pimk is calculated from the transient target pumping loss PL. The target intake pressure Pimk can be expressed by the following function using the transient target pumping loss PL and the pre-turbo exhaust pressure P4.
Pimk = P4−PL (3)
次のステップS9では、新気量Ga、目標吸気圧Pimk、吸気温度thia及びスロットル前吸気圧P3を上式(1)に代入することにより、開口面積特性μAthが算出される。次のステップでは、算出された開口面積特性μAthを上式(2)に代入することにより、目標スロットル開度dthbseが算出される。そして、次のステップS11では、目標スロットル開度dthbseに応じて、スロットル24の開度がフィードフォワード制御されて、本ルーチンは終了される。
In the next step S9, the opening area characteristic μA th is calculated by substituting the new air amount Ga, the target intake pressure Pimk, the intake air temperature thia, and the pre-throttle intake pressure P3 into the above equation (1). In the next step, the target throttle opening degree dthbse is calculated by substituting the calculated opening area characteristic μA th into the above equation (2). In the next step S11, the opening degree of the
以上説明したルーチンに従って吸気圧制御を行うことにより、過渡運転時のポンピングロスが常に過渡目標ポンピングロスPLに制御されるので、過渡運転時の燃費性能の向上と排気性能の向上とを両立することができる。 By performing intake pressure control according to the routines described above, the pumping loss during transient operation is always controlled to the transient target pumping loss PL, so both improvement in fuel efficiency and exhaust performance during transient operation must be achieved. Can do.
ところで、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、次のように変形して実施してもよい。 By the way, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the following modifications may be made.
上述の実施の形態では、吸気圧センサ62及び排気圧センサ54の信号からスロットル前吸気圧P3及びターボ前排気圧P4を算出することとしているが、スロットル前吸気圧P3及びターボ前排気圧P4の算出方法はセンサにより直接検出する方法に限らず、他の公知の手法を用いて推定することとしてもよい。
In the above-described embodiment, the pre-throttle intake pressure P3 and the turbo pre-exhaust pressure P4 are calculated from the signals of the
なお、上述の実施の形態では、スロットル前吸気圧P3が上記第1の発明の「吸気圧」に、ターボ前排気圧P4が上記第1の発明の「排気圧」に、過渡目標ポンピングロスPLが上記第1の発明の「目標差圧」に、目標吸気圧Pimkが上記第1の発明の「目標吸気圧」に、目標スロットル開度dthbseが上記第1の発明の「目標開度」に、それぞれ相当している。また、上述の実施の形態では、ECU50が上記ステップS1、S2及びS7を実行することにより上記第1の発明の「目標差圧算出手段」が、ECU50が上記ステップS5を実行することにより上記第1の発明の「排気圧取得手段」が、ECU50が上記ステップS8を実行することにより上記第1の発明の「目標吸気圧算出手段」が、ECU50が上記ステップS9及びS10を実行することにより上記第1の発明の「目標開度算出手段」が、ECU50が上記ステップS11を実行することにより上記第1の発明の「制御手段」が、それぞれ実現されている。
In the above-described embodiment, the pre-throttle intake pressure P3 is the “intake pressure” of the first invention, the pre-turbo exhaust pressure P4 is the “exhaust pressure” of the first invention, and the transient target pumping loss PL Is the “target differential pressure” of the first invention, the target intake pressure Pimk is the “target intake pressure” of the first invention, and the target throttle opening dthbse is the “target opening” of the first invention. , Respectively. In the above-described embodiment, the
2 エンジン本体
4 吸気マニホールド
6 排気マニホールド
8 インジェクタ
10 吸気通路
12 排気通路
14 コンプレッサ
16 タービン
24 スロットル
50 ECU
52 回転数センサ
54 排気圧センサ
56 アクセル開度センサ
58 エアフローメータ
60 吸気温センサ
62 吸気圧センサ
64 過給圧センサ
2
52
Claims (1)
内燃機関の運転状態に基づいて、前記コンプレッサの下流側且つ前記スロットルの上流側の吸気圧と前記タービンの上流側の排気圧との差圧の目標値である目標差圧を算出する目標差圧算出手段と、
前記タービンの上流側の排気圧を取得する排気圧取得手段と、
前記目標差圧と前記排気圧とに基づいて、前記吸気圧の目標値である目標吸気圧を算出する目標吸気圧算出手段と、
前記スロットルをモデル化したノズル式を用いて、前記目標吸気圧を実現するための前記スロットルの開口面積を算出し、当該開口面積に基づいて前記スロットルの目標開度を算出する目標開度算出手段と、
前記スロットルの開度を前記目標開度に制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 A turbocharger having a compressor provided upstream of the throttle in the intake passage and a turbine provided in the exhaust passage;
A target differential pressure that calculates a target differential pressure that is a target value of a differential pressure between the intake pressure downstream of the compressor and upstream of the throttle and the exhaust pressure upstream of the turbine, based on the operating state of the internal combustion engine A calculation means;
Exhaust pressure acquisition means for acquiring the exhaust pressure upstream of the turbine;
Target intake pressure calculating means for calculating a target intake pressure that is a target value of the intake pressure based on the target differential pressure and the exhaust pressure;
A target opening calculation means for calculating an opening area of the throttle for realizing the target intake pressure using a nozzle type that models the throttle, and calculating a target opening of the throttle based on the opening area When,
Control means for controlling the throttle opening to the target opening;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014087660A JP2015206307A (en) | 2014-04-21 | 2014-04-21 | Control device of internal combustion engine |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106545430A (en) * | 2016-11-04 | 2017-03-29 | 力帆实业(集团)股份有限公司 | A kind of motorcycle fuel system control method |
US11933235B2 (en) | 2022-05-12 | 2024-03-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Internal combustion engine controller and method for estimating pumping loss |
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2014
- 2014-04-21 JP JP2014087660A patent/JP2015206307A/en active Pending
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