JP2018080634A - Internal combustion engine control device - 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.
内燃機関として、排気を利用して吸気通路内の空気の過給を行う排気タービン式の過給機を備えたものが知られている(特許文献1参照)。こうした内燃機関では排気のエネルギが吸気通路内の空気の過給に用いられて回収される分、同機関のエネルギ効率を高めることができる。 As an internal combustion engine, an engine having an exhaust turbine supercharger that supercharges air in an intake passage using exhaust gas is known (see Patent Document 1). In such an internal combustion engine, the energy efficiency of the engine can be increased as much as the energy of the exhaust is recovered by being used for supercharging the air in the intake passage.
また、排気タービン式の過給圧を備えた内燃機関では、過給圧の過上昇を抑制するため、過給機のタービンホイールを迂回するよう排気を流すためのバイパス通路と、そのバイパス通路を開閉するウエイストゲートバルブと、を備えている。そして、過給圧が高くなりすぎた場合には、ウエイストゲートバルブを開いて内燃機関の排気の一部をバイパス通路に流すことにより、その排気が過給機のタービンホイールを迂回するようにする。この場合、過給機による内燃機関の吸気通路内の空気の過給が抑えられるため、過給圧が過度に上昇することは抑制される。 Further, in an internal combustion engine having an exhaust turbine-type supercharging pressure, in order to suppress an excessive increase in the supercharging pressure, a bypass passage for flowing exhaust to bypass the turbine wheel of the supercharger, and the bypass passage are provided. A wastegate valve that opens and closes. When the supercharging pressure becomes too high, the waste gate valve is opened and a part of the exhaust gas of the internal combustion engine is caused to flow through the bypass passage so that the exhaust gas bypasses the turbocharger turbine wheel. . In this case, since the supercharging of the air in the intake passage of the internal combustion engine by the supercharger is suppressed, the excessive increase in the supercharging pressure is suppressed.
上記内燃機関では、ウエイストゲートバルブを開くことにより、過給圧による吸気通路内の空気の過給が抑えられ、過給圧が過度に上昇することが抑制されるようにはなる。しかし、ウエイストゲートバルブを開くことにより、バイパス通路を通過する排気のエネルギについては、過給機による過給に用いて回収することができないため、その分は内燃機関のエネルギ効率が低下することになる。 In the internal combustion engine, by opening the waste gate valve, the supercharging of the air in the intake passage due to the supercharging pressure is suppressed, and the supercharging pressure is prevented from excessively rising. However, by opening the waste gate valve, the energy of the exhaust gas passing through the bypass passage cannot be recovered for supercharging by the supercharger, and the energy efficiency of the internal combustion engine is reduced accordingly. Become.
本発明の目的は、排気タービン式の過給機を備えた内燃機関において、エネルギ効率の低下を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。 The objective of this invention is providing the control apparatus of the internal combustion engine which can suppress the fall of energy efficiency in the internal combustion engine provided with the exhaust-turbine supercharger.
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する内燃機関の制御装置は、排気を利用して吸気通路内の空気の過給を行う排気タービン式の過給機を備える内燃機関に適用される。また、同装置は、内燃機関の吸気通路内の空気の流れを通じて駆動されることにより発電を行うことを可能とする発電機を備える。更に、同装置は、内燃機関の実際の過給圧が同機関に要求される出力トルクに基づいて定められた目標過給圧よりも高いとき、上記発電機による発電が行われるよう同発電機を制御する制御部も備える。
Hereinafter, means for solving the above-described problems and the effects thereof will be described.
A control device for an internal combustion engine that solves the above-described problems is applied to an internal combustion engine that includes an exhaust turbine supercharger that supercharges air in an intake passage using exhaust gas. The apparatus also includes a generator that can generate power by being driven through the flow of air in the intake passage of the internal combustion engine. Further, the apparatus is configured to generate power by the generator when the actual supercharging pressure of the internal combustion engine is higher than a target supercharging pressure determined based on an output torque required for the engine. The control part which controls is also provided.
この構成によれば、内燃機関の実際の過給圧が目標過給圧よりも高いとき、吸気通路内の空気の流れを用いて発電が行われるよう上記発電機が制御され、それに伴い吸気通路内における発電機の下流側の部分の圧力が低下する。従って、内燃機関の実際の過給圧が高くなりすぎることを抑制することができ、且つ、上記発電を通じての電気エネルギの回収より内燃機関のエネルギ効率の低下を抑制することができる。 According to this configuration, when the actual supercharging pressure of the internal combustion engine is higher than the target supercharging pressure, the generator is controlled so that power generation is performed using the air flow in the intake passage, and accordingly, the intake passage The pressure in the downstream portion of the generator in the interior decreases. Therefore, it is possible to suppress the actual supercharging pressure of the internal combustion engine from becoming too high, and it is possible to suppress a decrease in the energy efficiency of the internal combustion engine from the recovery of electric energy through the power generation.
本発明によれば、排気タービン式の過給機を備えた内燃機関において、エネルギ効率の低下を抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fall of energy efficiency can be suppressed in the internal combustion engine provided with the exhaust-turbine supercharger.
以下、内燃機関の制御装置の一実施形態について図1及び図2を参照して説明する。
図1に示すように、内燃機関1の燃焼室2に繋がる吸気通路3には、排気タービン式の過給機(ターボチャージャ)4のコンプレッサホイール4aが設けられている。吸気通路3におけるコンプレッサホイール4aよりも上流側の部分には、モータージェネレータ5に繋がる羽根車6が設けられている。なお、モータージェネレータ5は、発電機として機能したり電動機として機能したりするものである。
Hereinafter, an embodiment of a control device for an internal combustion engine will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
As shown in FIG. 1, a
吸気通路3におけるコンプレッサホイール4aよりも下流側の部分には、上流から順にインタークーラ7及びスロットルバルブ8が設けられている。そして、内燃機関1の燃焼室2には吸気通路3を介して空気が供給されるとともに同空気の量に対応した量の燃料が供給され、同燃料を燃焼室2内で燃焼させることによって内燃機関1が駆動される。なお、燃焼室2内で燃料が燃焼した後の排気は、同燃焼室2に接続された排気通路9に送り出される。
An
排気通路9には、上記ターボチャージャ4のタービンホイール4bが設けられている。そして、排気通路9を流れる排気がタービンホイール4bを通過することにより、同タービンホイール4bが回転するとともにコンプレッサホイール4aも併せて回転し、そのコンプレッサホイール4aの回転を通じて燃焼室2に対する吸気通路3内の空気の過給が行われる。
A
ターボチャージャ4には、排気通路9におけるタービンホイール4bの上流側の部分と下流側の部分とを繋いで同タービンホイール4bを迂回するよう排気を流すためのバイパス通路10と、そのバイパス通路10を開閉するためのウエイストゲートバルブ11が設けられている。ウエイストゲートバルブ11は、バイパス通路10内に設けられて同通路10のガス流通面積を可変とすべく変位する弁体12、及び、その弁体12と繋がるダイヤフラム13を備えている。このダイヤフラム13は、大気開放された大気室14と、吸気通路3におけるコンプレッサホイール4aとスロットルバルブ8との間の部分に繋がる圧力室15と、を区画するものである。
The
ウエイストゲートバルブ11は常閉式となっており、通常は弁体12がバイパス通路10のガス流通面積を「0」とする位置にある。しかし、吸気通路3におけるコンプレッサホイール4aとスロットルバルブ8との間の圧力(過給圧)が高くなり過ぎると、同圧力と大気圧との差圧に基づきダイヤフラム13が弾性変形し、それに伴って弁体12がバイパス通路10のガス流通面積を「0」よりも大きくする位置に変位する。その結果、バイパス通路10がガスを流通可能な状態(開いた状態)となり、バイパス通路10を排気が通過することによってタービンホイール4bを通過する排気の流量が少なくなる。これにより、ターボチャージャ4(コンプレッサホイール4a)の回転速度が低く抑えられるため、内燃機関1の過給圧を低下させることができるようになる。
The
次に、内燃機関1の制御装置の電気的構成について説明する。
同装置は、内燃機関1の駆動に関係する各種機器の制御を行う電子制御装置16を備えている。この電子制御装置16には、ユーザーにより操作されるアクセルペダル17の踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ18からの検出信号が入力されるとともに、吸気通路3におけるコンプレッサホイール4aとスロットルバルブ8との間の圧力(過給圧)を検出する圧力センサ19からの検出信号が入力される。また、電子制御装置16は、モータージェネレータ5とバッテリ20との間での電力の入出力を制御するインバータ21及びコンバータ22の各々の駆動回路に対し指令信号を出力し、それによってモータージェネレータ5を発電機として機能させたり電動機として機能させたりする。
Next, the electrical configuration of the control device for the
The apparatus includes an
モータージェネレータ5が発電機として機能しているときには、吸気通路3内の空気の流れにより羽根車6が回転してモータージェネレータ5が駆動され、それによって発電が行われるようになる。このとき、インバータ21及びコンバータ22は、モータージェネレータ5での発電により得られる電力をバッテリ20に供給して同バッテリ20の充電を行う。モータージェネレータ5が発電機として機能しているときには、吸気通路3内の空気が羽根車6を通過して同羽根車6を回転させることに伴い、吸気通路3内における羽根車6の下流側の部分の空気の圧力が低下し、ひいては内燃機関1の過給圧も低下するようになる。電子制御装置16は、モータージェネレータ5の発電時にその発電量を調整することが可能となっている。そして、モータージェネレータ5の発電量を大きくするほど、内燃機関1における過給圧の低下傾向が大きくなる。
When the
モータージェネレータ5が電動機として機能しているときには、モータージェネレータ5の駆動により羽根車6が回転され、それによって吸気通路3内の空気の過給がアシストされるようになる。このとき、インバータ21及びコンバータ22は、モータージェネレータ5に対しバッテリ20からの電力供給を行う。モータージェネレータ5が電動機として機能しているときには、吸気通路3内の空気が羽根車6の回転を通じて燃焼室2に対し過給され、それによって内燃機関1の過給圧が上昇するようになる。電子制御装置16は、モータージェネレータ5の電動機としての駆動時に、同モータージェネレータ5の通電量を調整することが可能となっている。そして、モータージェネレータ5の通電量を大きくするほど、同モータージェネレータ5(羽根車6)の回転速度が上昇して内燃機関1における過給圧の上昇傾向が大きくなる。
When the
次に、内燃機関1の制御装置の動作について説明する。
図2は、モータージェネレータ5を発電機又は電動機として動作させる際の同モータージェネレータ5の駆動制御の実行手順を示すフローチャートである。なお、このモータージェネレータ5の駆動制御は、電子制御装置16を通じて実行される。
Next, the operation of the control device for the
FIG. 2 is a flowchart showing an execution procedure of drive control of the
電子制御装置16は、図2のステップ101(S101)の処理として、アクセルペダル17の踏み込み量に基づき内燃機関1に対し要求されている出力トルク(要求出力トルクTr)を算出する。更に、電子制御装置16は、続くS102の処理として、要求出力トルクTrに基づき、予め実験等により定められているマップを参照して内燃機関1の過給圧の目標値である目標過給圧Tqを算出する。こうして算出された目標過給圧Tqは、ウエイストゲートバルブ11が開くときの過給圧よりも低い値となる。電子制御装置16は、続くS103の処理、圧力センサ19からの検出信号に基づき求められた内燃機関1の実際の過給圧(実過給圧Rq)を取り込む。その後、S104に進む。
The
電子制御装置16は、S104の処理として目標過給圧Tqと実過給圧Rqとの圧力差Epを次の式「Ep=TqーRq」を用いて算出し、続くS105の処理として実過給圧Rqが目標過給圧Tqよりも高いか否かを判断する。そして、S105で実過給圧Rqが目標過給圧Tqよりも高いと判断された場合には、S106に進む。S106及びS107の処理は、モータージェネレータ5を発電機として機能させるためのものである。
The
電子制御装置16は、S106の処理として、圧力差Ep(<0)に基づきモータージェネレータ5における発電量の指令値として発電量指令値Aを算出する。こうして算出される発電量指令値Aは、圧力差Epが「0」に対しマイナス側に大きく離れるほど、言い換えれば目標過給圧Tqに対し実過給圧Rqが高くなるほど、大きい値となるように算出される。電子制御装置16は、S107の処理として、モータージェネレータ5を発電機として上記発電量指令値Aに基づいて駆動することにより、モータージェネレータ5の発電量が上記発電量指令値Aに対応した値となるようにする。その後、電子制御装置16は、この一連の処理を一旦終了する。
The
一方、S105で実過給圧Rqが目標過給圧Tq以下であると判断された場合には、S108に進む。S108及びS109の処理は、モータージェネレータ5を電動機として機能させるためのものである。
On the other hand, if it is determined in S105 that the actual boost pressure Rq is equal to or lower than the target boost pressure Tq, the process proceeds to S108. The processing of S108 and S109 is for causing the
電子制御装置16は、S108の処理として、圧力差Ep(≧0)に基づきモータージェネレータ5における通電量の指令値として通電量指令値Bを算出する。こうして算出される通電量指令値Bは、圧力差Epが「0」に対しプラス側に大きく離れるほど、言い換えれば目標過給圧Tqに対し実過給圧Rqが低くなるほど、大きい値となるように算出される。電子制御装置16は、S109の処理として、モータージェネレータ5を電動機として上記通電量指令値Bに基づいて駆動することにより、モータージェネレータ5の通電量が上記通電量指令値Bに対応した値となるようにする。その後、電子制御装置16は、この一連の処理を一旦終了する。
The
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
(1)実過給圧Rqが目標過給圧Tqよりも高いときには、モータージェネレータ5を発電機として機能させることにより、吸気通路3内の空気の流れを用いてモータージェネレータ5による発電が行われる。このようにモータージェネレータ5が発電機として機能するときには、吸気通路3内の空気が羽根車6を通過して同羽根車6を回転させることに伴い、吸気通路3内における羽根車6の下流側の部分の空気の圧力が低下する。従って、内燃機関1の実過給圧Rq、すなわち吸気通路3におけるコンプレッサホイール4aとスロットルバルブ8との間の部分の圧力(過給圧)が高くなりすぎることを抑制することができる。また、上述したように内燃機関1の過給圧が高くなりすぎないため、ウエイストゲートバルブ11が開くことを抑制でき、あるいは一時的に開いたとしても速やかに閉じることができる。このことは、ウエイストゲートバルブ11を開いて排気のエネルギを捨ててしまう代わりに、その排気のエネルギをターボチャージャ4による過給に用いた後、モータージェネレータ5による発電を通じて電気エネルギとして回収していることを意味する。このようにモータージェネレータ5による発電を通じて電気エネルギを回収することができるため、ウエイストゲートバルブ11を開いた場合のように内燃機関1のエネルギ効率が低下してしまうことを抑制できる。
According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
(1) When the actual boost pressure Rq is higher than the target boost pressure Tq, the
(2)上述したようにモータージェネレータ5を発電機として機能させるとき、実過給圧Rqが目標過給圧Tqに対し高いほど、モータージェネレータ5による発電量が多くされる。これにより、吸気通路3におけるモータージェネレータ5よりも下流側の部分の圧力、言い換えれば内燃機関1の実過給圧Rqを低下しやすくすることができるとともに、モータージェネレータ5による発電を通じての電気エネルギの回収を効果的に行うことができる。
(2) When the
(3)実過給圧Rqが目標過給圧Tq以下であるとき、モータージェネレータ5を電動機として機能させることにより、モータージェネレータ5(羽根車6)によって吸気通路3内の空気の過給がアシストされるため、実過給圧Rqを目標過給圧Tqに上昇させることができる。
(3) When the actual supercharging pressure Rq is equal to or lower than the target supercharging pressure Tq, the motor generator 5 (impeller 6) assists supercharging of the air in the intake passage 3 by causing the
(4)上述したようにモータージェネレータ5を電動機として機能させるとき、実過給圧Rqが目標過給圧Tqに対し低いほど、モータージェネレータ5の通電量を多くして同モータージェネレータ5(羽根車6)の回転速度を高くすることにより、実過給圧Rqを速やかに目標過給圧Tqまで高くすることができる。
(4) When the
(5)モータージェネレータ5を発電機として機能させたり電動機として機能させたりすることにより、発電機と電動機とを別々に設ける場合と比較して、それらをモータージェネレータ5によって共通化している分、部品点数を削減することができる。
(5) Compared with the case where the generator and the motor are provided separately by making the
(6)モータージェネレータ5を電動機として機能させているとき、吸気通路3内の空気が羽根車6を通過することに伴い、同吸気通路3における羽根車6の下流側の部分の空気の圧力が低下するため、その空気の温度を下げることができる。その結果、燃焼室2に供給される空気の温度を下げることができるため、内燃機関1の出力を向上させたり燃費を改善したりしやすくなる。
(6) When the
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・ウエイストゲートバルブ11を吸気通路3におけるコンプレッサホイール4aとスロットルバルブ8との間の部分の圧力(過給圧)に基づいて開閉させる代わりに、ウエイストゲートバルブ11を開閉するための電動式のアクチュエータ等を設けてもよい。この場合、実過給圧Rqが目標過給圧Tqよりも高くなったとき、ウエイストゲートバルブ11を開くとともにモータージェネレータ5による発電が行われるよう同モータージェネレータ5を制御し、その後にウエイストゲートバルブ11を徐々に閉じるようにすることができる。
In addition, the said embodiment can also be changed as follows, for example.
An electric actuator for opening and closing the
上述したようにウエイストゲートバルブ11及びモータージェネレータ5を動作させれば、実過給圧Rqが目標過給圧Tqよりも高くなったとき、ウエイストゲートバルブ11を開くとともにモータージェネレータ5による発電を行うことにより、速やかに実過給圧Rqを目標過給圧Tqとなるよう低く抑えることができる。その後、ウエイストゲートバルブ11を徐々に閉じることにより、モータージェネレータ5による発電量を徐々に多くすることができ、それによって電気エネルギの回収を行うことができる。
If the
・発電量指令値Aに関しては、目標過給圧Tqに対し実過給圧Rqが高くなるほど大きい値となるように算出したが、予め実験等によって求めた最適な一定値を用いることも可能である。 The power generation amount command value A is calculated so as to increase as the actual supercharging pressure Rq increases with respect to the target supercharging pressure Tq. However, an optimal constant value obtained in advance through experiments or the like can be used. is there.
・通電量指令値Bに関しては、目標過給圧Tqに対し実過給圧Rqが低くなるほど大きい値となるように算出したが、予め実験等によって求めた最適な一定値を用いることも可能である。 The energization amount command value B is calculated so as to increase as the actual supercharging pressure Rq decreases with respect to the target supercharging pressure Tq. However, it is also possible to use an optimum constant value obtained in advance through experiments or the like. is there.
・モータージェネレータ5を発電機としてのみ機能させてもよい。
・モータージェネレータ5を設ける代わりに、発電機と電動機とを別々に設けるとともに、発電機に繋がる羽根車と電動機に繋がる羽根車とをそれぞれ吸気通路3に設けるようにしてもよい。
The
Instead of providing the
1…内燃機関、2…燃焼室、3…吸気通路、4…ターボチャージャ、4a…コンプレッサホイール、4b…タービンホイール、5…モータージェネレータ、6…羽根車、7…インタークーラ、8…スロットルバルブ、9…排気通路、10…バイパス通路、11…ウエイストゲートバルブ、12…弁体、13…ダイヤフラム、14…大気室、15…圧力室、16…電子制御装置、17…アクセルペダル、18…アクセルポジションセンサ、19…圧力センサ、20…バッテリ、21…インバータ、22…コンバータ。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記吸気通路内の空気の流れを通じて駆動されることにより発電を行うことを可能とする発電機と、
内燃機関の実際の過給圧が同機関に要求される出力トルクに基づいて定められた目標過給圧よりも高いとき、前記発電機による発電が行われるよう同発電機を制御する制御部と、
を備え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 comprising an exhaust turbine supercharger that supercharges air in an intake passage using exhaust gas of the internal combustion engine,
A generator capable of generating electricity by being driven through the flow of air in the intake passage;
A control unit for controlling the generator so that power is generated by the generator when an actual supercharging pressure of the internal combustion engine is higher than a target supercharging pressure determined based on an output torque required for the engine; ,
A control device for an internal combustion engine, comprising:
前記制御部は、内燃機関の実際の過給圧が前記目標過給圧よりも高くなったとき、前記ウエイストゲートバルブを開くとともに前記発電機による発電が行われるよう同発電機を制御し、その後に前記ウエイストゲートバルブを徐々に閉じるものである請求項2に記載の内燃機関の制御装置。 The exhaust turbine supercharger includes a bypass passage for flowing exhaust so as to bypass the turbine wheel of the turbocharger, and a waste gate valve for opening and closing the bypass passage,
When the actual boost pressure of the internal combustion engine becomes higher than the target boost pressure, the control unit opens the waste gate valve and controls the generator so that power is generated by the generator. 3. The control device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the waste gate valve is gradually closed.
前記制御部は、内燃機関の実際の過給圧が前記目標過給圧以下であるときには、前記吸気通路内の空気の過給をアシストすべく前記モータージェネレータを電動機として機能させるものである請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。 The generator is a motor generator that also functions as an electric motor that assists supercharging of air in the intake passage,
The control unit causes the motor generator to function as an electric motor to assist supercharging of air in the intake passage when an actual supercharging pressure of the internal combustion engine is equal to or less than the target supercharging pressure. The control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3.
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