JP2019108839A - Control device for 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ものである。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
従来において、内燃機関の排気管のうち過給機の排気タービンよりも上流側と、内燃機関の吸気管のうち過給機のコンプレッサよりも下流側とを接続するEGR通路を備え、排気の一部をEGRガスとして循環させる内燃機関が知られている。このような内燃機関では、内燃機関のシリンダに吸入されるシリンダ吸入空気量やEGR量(より詳しくはEGR量に基づき算出されるEGR率)等に応じて、点火時期制御を行っている。このため、EGR量を精度よく算出するため、様々な方法が提案されている。 Conventionally, an EGR passage is provided that connects the exhaust pipe of the internal combustion engine upstream of the exhaust turbine of the turbocharger and the intake pipe of the internal combustion engine downstream of the compressor of the supercharger. An internal combustion engine is known in which the engine is circulated as EGR gas. In such an internal combustion engine, ignition timing control is performed according to a cylinder intake air amount sucked into a cylinder of the internal combustion engine, an EGR amount (more specifically, an EGR rate calculated based on the EGR amount), and the like. Therefore, various methods have been proposed to accurately calculate the EGR amount.
例えば、特許文献1では、所定条件下において、吸気圧と、排気圧と、排気管内音速と、排気管内密度と、EGR量とを取得し、これらの各種パラメータに基づき、EGRバルブ開度と、EGR有効開口面積との関係を学習する。そして、学習したEGRバルブ開度とEGR有効開口面積との関係に基づき、EGR量を推定することにより、堆積物により流量特性が変化した場合や、経年劣化により排気管バルブが正常に動作しなくなった場合であっても、EGR量を高精度で算出(推定)可能となる。
For example, in
ところで、上記方法を採用する場合、排気圧を実測する、又は、マップ演算により推定する必要がある。排気圧を実測するには、高温高圧となる排気管内にセンサを設ける必要がある。一方、マップにより排気圧を推定する場合には、エンジン回転数、吸気圧、及び後処理の状態に応じた排気圧の関係を示すマップを取得する必要がある。しかしながら、このマップ取得のためには、膨大な適合工数を要する。以上により、上記方法においては、排気圧を実測する、又はマップにより推定することが、難しいという問題があった。 By the way, when adopting the above method, it is necessary to measure the exhaust pressure or to estimate it by map calculation. In order to measure the exhaust pressure, it is necessary to provide a sensor in the exhaust pipe which is high temperature and high pressure. On the other hand, in the case of estimating the exhaust pressure by the map, it is necessary to obtain a map showing the relationship between the engine rotational speed, the intake pressure, and the exhaust pressure according to the state of the post-processing. However, in order to obtain this map, a great deal of adaptation time is required. As mentioned above, in the said method, there existed a problem that it was difficult to measure exhaust pressure or to estimate with a map.
本発明は、上記実情に鑑み、各種流量を好適に推定できる内燃機関の制御装置を提供することを主たる目的とする。 The present invention has as its main object to provide a control device of an internal combustion engine capable of suitably estimating various flow rates in view of the above-mentioned situation.
上記課題を解決する内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気により吸気を過給する過給機と、前記内燃機関に接続された吸気通路及び排気通路の間に設けられて且つ、前記排気通路のうち前記過給機の排気タービンよりも上流側と前記吸気通路のうち前記過給機のコンプレッサよりも下流側とを接続するEGR通路と、前記EGR通路を介して前記吸気通路に還流されるEGR量を制御するEGRバルブと、を備える内燃機関システムに適用され、前記吸気通路において、前記EGR通路との合流部分よりも下流の吸気圧を取得する吸気圧取得部と、前記排気タービンの背圧を取得する背圧取得部と、前記排気通路において、前記排気タービンの上流における排気圧としての仮値を設定する設定部と、前記内燃機関のシリンダに吸入されるシリンダ吸気量を取得する吸気量取得部と、前記吸気圧と前記仮値とから前記EGRバルブの前後における第1差圧を算出し、当該第1差圧に基づき、前記EGR量を算出する第1算出部と、前記背圧と前記仮値とから前記排気タービンの前後における第2差圧を算出し、当該第2差圧に基づき、前記排気タービンを通過するタービン通過量を算出する第2算出部と、前記設定部により前記仮値を1又は複数回設定して、前記シリンダ吸気量から前記EGR量を減算した値が、前記タービン通過量と一致する排気圧の真値を探索する探索部と、を備えることを要旨とする。 A control device for an internal combustion engine that solves the above problems is provided between a supercharger that supercharges intake air by exhaust gas of the internal combustion engine, and an intake passage and an exhaust passage connected to the internal combustion engine, and the exhaust passage The EGR passage connecting the upstream side of the exhaust turbine of the turbocharger and the downstream side of the compressor of the intake passage among the intake passage and the EGR passage are recirculated to the intake passage via the EGR passage. An intake pressure acquisition unit that is applied to an internal combustion engine system including an EGR valve that controls an EGR amount, and that acquires an intake pressure downstream of a junction with the EGR passage in the intake passage; And a setting unit configured to set a temporary value as exhaust pressure upstream of the exhaust turbine in the exhaust passage, and a cylinder sucked into a cylinder of the internal combustion engine. A first differential pressure before and after the EGR valve is calculated from an intake amount acquisition unit that acquires an intake amount, and the intake pressure and the temporary value, and the EGR amount is calculated based on the first differential pressure. A second differential pressure before and after the exhaust turbine is calculated from the calculation unit, the back pressure, and the temporary value, and a turbine passing amount passing through the exhaust turbine is calculated based on the second differential pressure. Search for setting the temporary value one or more times by the calculation unit and the setting unit, and searching for the true value of the exhaust pressure in which the value obtained by subtracting the EGR amount from the cylinder intake amount matches the turbine passing amount The subject matter is to provide a part.
EGRバルブの前後における第1差圧からEGR量は、算出(推定)可能であり、排気タービンの前後における第2差圧からタービン通過量は、算出(推定)可能である。そして、質量保存の法則から、シリンダ吸気量からEGR量を減算した値は、タービン通過量に一致するはずなので、設定部は、排気圧として仮値を1又は複数回設定して、そのような条件を満たす排気圧の真値を探索する。そして、探索により特定された真値である排気圧に基づき、EGR量など各種流量が好適に算出可能となる。つまり、排気圧を実測又はマップにより推定しなくても、排気圧の真値を特定し、EGR量など各種流量を好適に算出することができる。 The EGR amount can be calculated (estimated) from the first differential pressure before and after the EGR valve, and the turbine passing amount can be calculated (estimated) from the second differential pressure before and after the exhaust turbine. And from the law of mass conservation, the value obtained by subtracting the EGR amount from the cylinder intake amount should match the turbine passing amount, so the setting unit sets the temporary value as the exhaust pressure one or more times, and such Search for the true value of the exhaust pressure that satisfies the conditions. Then, various flow rates such as the EGR amount can be suitably calculated based on the exhaust pressure which is the true value specified by the search. That is, even if the exhaust pressure is not measured or estimated by a map, the true value of the exhaust pressure can be specified, and various flow rates such as the EGR amount can be suitably calculated.
以下、本発明に係る内燃機関の制御装置をコモンレール式燃料噴射装置が備えられる多気筒ディーゼルエンジンに適用した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付している。 Hereinafter, an embodiment in which a control device for an internal combustion engine according to the present invention is applied to a multi-cylinder diesel engine provided with a common rail fuel injection device will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts identical or equivalent to each other are denoted by the same reference numerals in the drawings.
本実施形態において、図1にエンジンシステム(内燃機関システム)について示す。図1に示すエンジン10は、車載主機として車両に搭載されており、吸気、圧縮、膨張及び排気行程からなる4サイクルエンジンである。エンジン10の吸気通路11には、上流側から順に、吸気通路11を流れる新気の質量流量を検出するエアフローメータ12、ターボチャージャ16の吸気コンプレッサ16a、更にはスロットルバルブ装置14が設けられている。スロットルバルブ装置14は、DCモータ等のアクチュエータにより、スロットルバルブ14aの開度を調節する。
In the present embodiment, FIG. 1 shows an engine system (internal combustion engine system). An
吸気通路11においてスロットルバルブ装置14の下流側には、サージタンク15を介してエンジン10の各気筒の燃焼室10aが接続されている。燃焼室10aは、エンジン10のシリンダ10b及びピストン17にて区画されている。エンジン10には、燃焼室10a内に先端部が突出した燃料噴射弁18が設けられている。燃料噴射弁18には、蓄圧容器としてのコモンレール19から高圧の燃料が供給される。具体的には、燃料噴射弁18には高圧の軽油が供給される。燃料噴射弁18は、通電操作されることにより、コモンレール19から供給された燃料を燃焼室10a内へと直接噴射供給する。なお、コモンレール19には、燃料ポンプ20から燃料が圧送される。また、図1では、1つの気筒のみを示している。
The combustion chamber 10 a of each cylinder of the
エンジン10の各気筒の吸気ポート及び排気ポートのそれぞれは、吸気バルブ21及び排気バルブ22のそれぞれにより開閉される。ここでは、吸気バルブ21の開弁により、新気、又は新気及び後述する外部EGRガスが燃焼室10aに導入される。新気等が燃焼室10aに導入された状態で燃料噴射弁18から燃焼室10aに燃料が噴射されると、燃焼室10aの圧縮によって燃料が自己着火し、燃焼によってエネルギが発生する。このエネルギは、ピストン17を介して、エンジン10のクランク軸23の回転エネルギとして取り出される。燃焼に供されたガスである既燃ガスは、排気バルブ22の開弁によって、排気通路24に排気として排出される。本実施形態において、既燃ガスとは、新気、燃料及び外部EGRガスが燃焼室10a内で燃焼に供されることにより生成されたガスのことをいう。なお、クランク軸23付近には、クランク軸23の回転角度を検出するクランク角度センサ25が設けられている。
Each of the intake port and the exhaust port of each cylinder of the
車両には、過給機としてのターボチャージャ16が設けられている。ターボチャージャ16は、吸気通路11に設けられた吸気コンプレッサ16aと、排気通路24に設けられた排気タービン16bと、これらを連結する回転軸16cとを備えている。詳しくは、排気通路24を流れる排気のエネルギによって排気タービン16bが回転し、その回転エネルギが回転軸16cを介して吸気コンプレッサ16aに伝達され、吸気コンプレッサ16aによって新気が圧縮される。すなわち、ターボチャージャ16によって新気が過給される。
The vehicle is provided with a turbocharger 16 as a supercharger. The turbocharger 16 includes an intake compressor 16 a provided in the
なお、本実施形態では、ターボチャージャ16として、通常のターボチャージャの他に、通電操作によって新気の過給圧を調節可能なものを想定している。また、ターボチャージャ16として、タービンホイールの羽根角(ノズル開度)を調整することにより過給状態を調整することが可能な可変式ノズル式のターボチャージャ(VNT)も想定している。 In the present embodiment, it is assumed that, in addition to a normal turbocharger, the turbocharger 16 can adjust the supercharging pressure of fresh air by the energization operation. Further, as the turbocharger 16, a variable nozzle turbocharger (VNT) capable of adjusting the supercharging state by adjusting the blade angle (nozzle opening degree) of the turbine wheel is also assumed.
排気通路24のうちターボチャージャ16の下流側には、排気を浄化する浄化装置26が設けられている。
A
排気通路24に排出された排気の一部は、EGR通路27を介して吸気通路11に還流される。詳しくは、排気通路24のうち排気タービン16bの上流側は、EGR通路27を介してサージタンク15に接続されている。EGR通路27には、EGRバルブ装置28が設けられている。EGRバルブ装置28は、DCモータ等のアクチュエータにより、EGRバルブ28aの開度を調節する。EGRバルブ28aの開度に応じて、排気通路24に排出された排気の一部が、EGRクーラ29によって冷却された後に外部EGRガスとしてサージタンク15に供給される。
A portion of the exhaust discharged to the
エンジンシステムを制御対象とする電子制御装置であるECU40は、周知のCPU、ROM、RAM等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成されている。ECU40には、吸気圧センサ31、吸気温センサ32、排気温センサ33、及び背圧センサ34の各検出値がそれぞれ入力される。ECU40には、さらに、アクセルセンサ37、排気酸素濃度センサ38、大気圧センサ39、エアフローメータ12、及びクランク角度センサ25の各検出値がそれぞれ入力される。
The ECU 40, which is an electronic control unit that controls an engine system, is mainly configured by a microcomputer including a known CPU, a ROM, a RAM, and the like. Detection values of the
吸気圧センサ31は、サージタンク15内のガス圧力を検出し、吸気温センサ32は、サージタンク15内のガス温度を検出する。排気温センサ33は、燃焼室10aから排出された排気の温度を検出する。背圧センサ34は、排気通路24において、排気タービン16bの下流であって浄化装置26等の後処理装置よりも上流側におけるガス圧力を検出する。アクセルセンサ37は、ドライバのアクセル操作部材のアクセル操作量を検出し、具体的にはアクセルペダルの踏み込み量を検出する。排気酸素濃度センサ38は、排気中の酸素濃度を検出する。大気圧センサ39は、大気の圧力を検出する。
The
ECU40は、上述した各種センサの検出値に基づいて、燃料噴射弁18の燃料噴射制御、EGRバルブ装置28の駆動制御、及びターボチャージャ16による過給圧制御を含むエンジン10の燃焼制御を行う。
The
EGRバルブ装置28の駆動制御では、ECU40は、排気酸素濃度の推定値を目標値に一致させるような目標EGR量を定め、EGR量が目標EGR量と一致するように、EGRバルブ28aの開度をフィードバック制御する。
In the drive control of the
ちなみに、EGR量が過少の場合には十分なNOx低減効果が得られず、EGR量が過大の場合には、気筒内の酸素が不足してパティキュレート(特にスモーク)が増加する。そのため、EGRバルブ装置28の駆動制御は、スモークの発生量が急増する限界(スモークリミット)までEGR量を増やすことで、NOxの低減を狙っている。そこで、スモークの発生量と相関が強い排気酸素濃度を制御指標とし、スモークリミットの排気酸素濃度を上述の目標排気酸素濃度に設定している。また、浄化装置26の状態に応じても目標排気酸素濃度は設定される。
Incidentally, when the EGR amount is too small, a sufficient NOx reduction effect can not be obtained, and when the EGR amount is too large, oxygen in the cylinder runs short and particulates (especially smoke) increase. Therefore, the drive control of the
但し、排気通路24に搭載された排気酸素濃度センサ38で排気酸素濃度を直接検出して前記駆動制御に利用する場合には、排気が排気通路24を流通して排気酸素濃度センサ38へ到達するのに要する時間と、排気酸素濃度センサ38が排気酸素濃度を検出してから信号を出力するまでの反応時間を合わせた遅れ時間がある。そのため、排気酸素濃度センサ38の検出値を上記フィードバック制御に直接用いることは困難である。
However, when the exhaust oxygen concentration is directly detected by the exhaust
そこで、ECU40は、吸気の状態量を検出する吸気系センサ(例えばエアフローメータ12、吸気圧センサ31、吸気温センサ32)の検出値や、燃料の要求噴射量、回転速度をモデル演算式に代入して、排気酸素濃度を推定している。
Therefore, the
また、内燃機関を定常運転させている時は、エンジン10から排出される排気酸素濃度は一定である。このため、排気酸素濃度センサ38の検出値は前記遅れ時間が排除された現時点での排気酸素濃度と見なすことができる。したがって、定常運転時の排気酸素濃度センサ38の検出値と推定値との誤差量を学習(定常時学習)し、その学習値に基づき排気酸素濃度推定値を補正している。
Further, when the internal combustion engine is in steady operation, the concentration of exhaust oxygen exhausted from the
このため、EGRバルブ装置28の駆動制御では、EGR量の算出(推定)を好適に算出する必要がある。以下、EGR量を好適に算出するための本実施形態における構成について詳しく説明する。
For this reason, in the drive control of the
図2に示すように、ECU40は、吸気圧取得部41と、背圧取得部42と、吸気量取得部43と、設定部44と、EGR量算出部45と、タービン通過量算出部46と、探索部47としての機能を備える。これらの機能は、ECU40が備える記憶装置(記憶用メモリ)に記憶されたプログラムが実行されることで、各種機能が実現される。なお、各種機能は、ハードウェアである電子回路によって実現されてもよく、あるいは、少なくとも一部をソフトウェア、すなわちコンピュータ上で実行される処理によって実現されてもよい。
As shown in FIG. 2, the
吸気圧取得部41としてのECU40は、吸気圧センサ31からの検出値に基づき、吸気通路11において、EGR通路27との合流部分よりも下流の吸気圧Pimを取得する。
The
背圧取得部42としてのECU40は、背圧センサ34からの検出値に基づき、排気タービン16bの背圧Ptb(排気タービン16bよりも下流における排気圧)を取得する。なお、背圧センサ34を設けたが、大気圧センサ39から取得した大気圧と、浄化装置26等の後処理装置により生ずる差圧とから、背圧Ptbを取得してもよい。
The
吸気量取得部43としてのECU40は、シリンダ10bに吸入されるシリンダ吸気量Mcldを取得する。具体的には、ECU40は、吸気圧Pim及び回転速度Neから体積効率をマップ演算する。そして、吸気温Tim、排気温Tex、吸気圧Pim及び体積効率を用いて気体の状態方程式からシリンダ吸気量Mcldを算出(取得)する。なお、吸気温Tim、排気温Tex、吸気圧Pim及び回転速度Neから、シリンダ吸気量Mcldをマップ演算により算出(取得)してもよいし、モデル演算式によって算出(取得)してもよい。回転速度Ne(エンジン回転速度)は、クランク角度センサ25からの検出値に基づき算出すればよい。
The
設定部44としてのECU40は、排気通路24において、排気タービン16bの上流における排気圧Pexとしての仮値Pex1を設定する。具体的には、初回設定時には、予め定められた探索範囲における中間値を仮値Pex1の初期値として設定する。一方、初回以降、排気圧Pexの真値Pex2が決定されるまで(探索が終了するまで)の間においては、後述する探索部47による探索結果(前回の探索結果)として算出(特定)された排気圧Pexを、仮値Pex1として設定する。
The
EGR量算出部45(第1算出部に相当)としてのECU40は、吸気圧Pimと仮値Pex1とから、EGRバルブ28aの前後における第1差圧ΔP1(=Pex1−Pim)を算出し、当該第1差圧ΔP1に基づき、EGR量Megrを算出する。なお、EGR量Megrは、EGR通路27を通過する外部EGRガスの質量流量のことである。
The
より詳しく説明すると、ECU40は、第1差圧ΔP1、EGRバルブ28aにおけるバルブ開度Regr、及びEGR通路27におけるEGRガス密度ρegrに基づき算出された引数C1を関数F1に代入して、EGR量Megrを算出する。なお、EGRバルブ28aにおけるバルブ開度Regrは、EGR通路27の断面積に対する開口面積の割合のことであり、実測値でもよいし、指令値でもよい。EGRガス密度ρegrは、吸気圧Pim及び吸気温Timに基づき、モデル演算式により推定してもよいし、マップ演算により推定してもよい。
More specifically, the
ここで、引数C1は、数式(1)により、第1差圧ΔP1、バルブ開度Regr、及びEGRガス密度ρegrに基づき算出されるものである。また、数式(2)に示す関数F1は、物理式に準拠する近似式(モデル演算式)であり、関数F1に、引数C1を代入してEGR量Megrを算出する場合、EGR量Megrは、引数C1に対して純増の特性を有する。
関数F1は、どのように導出されるものかについて詳しく説明する。流速と差圧の関係式から、EGRガスの流速VegrとEGRバルブ28aの前後における第1差圧ΔP1とは、数式(3)を満たす。なお、摩擦係数を「λ」としている。そして、EGRバルブ28aにおける断面積(開口面積)を「A」とすると、EGR量Megrは、数式(4)に示すような関係性がある。
EGRバルブ28aにおける断面積Aは、バルブ開度Regrに対して純増する性質があるため、数式(4)において、係数Rは、バルブ開度Regrに対して純増とみなせる。したがって、EGR量Megrは、引数C1に対して純増の特性を有するといえる。 Since the cross-sectional area A of the EGR valve 28a has the property of increasing purely with respect to the valve opening degree Regr, the coefficient R can be regarded as a pure increase with respect to the valve opening degree Regr in Equation (4). Therefore, it can be said that the EGR amount Megr has a net increase characteristic with respect to the argument C1.
なお、本実施形態では、引数C1に基づいてモデル演算式により、EGR量Megrを算出(取得)したが、引数C2に基づいて、マップ演算することにより、EGR量Megrを算出(取得)してもよい。 In the present embodiment, the EGR amount Megr is calculated (acquired) by the model operation expression based on the argument C1, but the EGR amount Megr is calculated (acquired) by map operation based on the argument C2. It is also good.
タービン通過量算出部46(第2算出部に相当)としてのECU40は、背圧Ptbと仮値Pex1とから、排気タービン16bの前後における第2差圧ΔP2(=Pex1−Ptb)を算出する。そして、ECU40は、当該第2差圧ΔP2に基づき、排気タービン16bを通過した空気の質量流量であるタービン通過量Mtbを算出する。
The
より詳しく説明すると、ECU40は、第2差圧ΔP2、排気タービン16bにおけるノズル開度Rvnt、及び排気通路24における排気ガス密度ρexに基づき算出された引数C2を関数F2に代入して、タービン通過量Mtbを算出する。なお、排気ガス密度ρexは、背圧Ptb及び排気温Tex(又は後処理装置におけるガス温度)に基づき、モデル演算式により推定してもよいし、マップ演算により推定してもよい。ノズル開度Rvntは、ターボチャージャ16の開度に相当し、排気タービン16bが設けられた排気通路24の断面積に対する開口面積の割合のことである。
More specifically, the
ここで、引数C2は、数式(5)により、第2差圧ΔP2、ノズル開度Rvnt、及び排気ガス密度ρexに基づき算出されるものである。また、数式(6)に示す関数F2は、関数F1と同様に、物理式に準拠する近似式(モデル演算式)である。
ところで、ターボチャージャ16は、可変ノズルなしのターボチャージャの他に、可変ノズル式のターボチャージャを想定している。可変ノズル式のターボチャージャは、排気タービン16bに対して全閉と指令した場合であっても、所定の開口面積が生じるものである。このため、可変ノズル式のターボチャージャを採用する場合、ノズルの開口面積(断面積)が、排気タービン16bに対する指令値に対して純増する性質を有するとは言えない。つまり、可変ノズル式のターボチャージャを採用する場合、排気タービン16bに対する指令値を、バルブ開度Regrと同様に取り扱うことはできない。 By the way, the turbocharger 16 assumes the variable nozzle type turbocharger other than the turbocharger without the variable nozzle. The variable nozzle turbocharger has a predetermined opening area even when the exhaust turbine 16 b is commanded to be fully closed. For this reason, when adopting a variable nozzle type turbocharger, it can not be said that the opening area (cross-sectional area) of the nozzle has the property of increasing purely with respect to the command value for the exhaust turbine 16b. That is, when the variable nozzle turbocharger is employed, the command value for the exhaust turbine 16b can not be handled in the same manner as the valve opening degree Regr.
そこで、可変ノズル式のターボチャージャを採用する場合、排気タービン16bに対する指令値を、バルブ開度Regrと同様に取り扱えるようにするため、排気タービン16bに対する指令値を全閉指令とした場合における所定の開口面積に基づいて補正(修正)している。そして、修正後の値を、ノズル開度Rvntとしている。 Therefore, in the case of adopting a variable nozzle turbocharger, a predetermined value in the case where the command value for the exhaust turbine 16b is a fully closed command so that the command value for the exhaust turbine 16b can be handled similarly to the valve opening Regr. Correction (correction) is made based on the opening area. And the value after correction is made into nozzle-opening degree Rvnt.
具体的には、図3に示すように、排気タービン16bに対する指令値が全開指令(100パーセント)である場合には、ノズル開度Rvntを100パーセントとする一方、全閉指令(0パーセント)である場合には、所定の開口面積に基づき算出された開度(αパーセント)がノズル開度Rvntとなるように、指令値を修正する。その際、ノズル開度Rvntに対して、ノズルの開口面積が純増する性質を有するように修正する。 Specifically, as shown in FIG. 3, when the command value for the exhaust turbine 16b is a full open command (100 percent), the nozzle opening degree Rvnt is made 100 percent while the full close command (0 percent) In some cases, the command value is corrected so that the opening degree (α percent) calculated based on the predetermined opening area becomes the nozzle opening degree Rvnt. At that time, the nozzle opening degree Rvnt is corrected so as to have a property that the opening area of the nozzle is purely increased.
これにより、ノズル開度Rvntは、ノズルの開口面積に対して純増する関係となり、関数F2に引数C2を代入してタービン通過量Mtbを算出する場合、タービン通過量Mtbは、EGR量Megrと同様に、引数C2に対して純増の特性を有することとなる。 Thus, the nozzle opening degree Rvnt has a pure increase relation to the opening area of the nozzle, and when substituting the argument C2 for the function F2 to calculate the turbine passing amount Mtb, the turbine passing amount Mtb is the same as the EGR amount Megr In addition, for the argument C2, it has a net increase characteristic.
なお、本実施形態では、引数C2に基づいてモデル演算式により、タービン通過量Mtbを算出(取得)したが、引数C2に基づいて、マップ演算することにより、タービン通過量Mtbを算出(取得)してもよい。 In the present embodiment, the turbine passing amount Mtb is calculated (acquired) by the model operation expression based on the argument C2, but the turbine passing amount Mtb is calculated (acquired) by map operation based on the argument C2. You may
探索部47としてのECU40は、排気圧Pexの真値Pex2を探索するものである。すなわち、図1に示すように、質量保存の法則からシリンダ吸気量McldからEGR量Megrを減算した値(以下、分岐量Mexと示す)は、タービン通過量Mtbと一致するはずである。そこで、ECU40は、シリンダ吸気量McldからEGR量Megrを減算した値が、タービン通過量Mtbに一致する(近づく)ような、排気圧Pexの真値Pex2を探索する。
The
ところで、EGR量Megrは、前述したように、引数C1に対して純増する特性を有する。そして、引数C1は、数式(1)に示すように、排気圧Pexの仮値Pex1に対して純増する。このため、図4において実線で示すように、シリンダ吸気量McldからEGR量Megrを減算することにより算出される分岐量Mexは、排気圧Pexの仮値Pex1に対して、純減することとなる。 By the way, as described above, the EGR amount Megr has a characteristic that the net increase with respect to the argument C1. Then, the argument C1 is purely increased with respect to the temporary value Pex1 of the exhaust pressure Pex, as shown in Formula (1). Therefore, as shown by the solid line in FIG. 4, the branch amount Mex calculated by subtracting the EGR amount Megr from the cylinder intake amount Mcld is reduced netly with respect to the temporary value Pex1 of the exhaust pressure Pex. .
一方、タービン通過量Mtbは、引数C2に対して純増の特性を有することとなる。そして、引数C2は、数式(5)に示すように、排気圧Pexの仮値Pex1に対して純増する。このため、図4において破線で示すように、タービン通過量Mtbは、排気圧Pexの仮値Pex1に対して純増することとなる。 On the other hand, the turbine passing amount Mtb has a net increase characteristic with respect to the argument C2. Then, the argument C2 is purely increased with respect to the temporary value Pex1 of the exhaust pressure Pex, as shown in the equation (5). Therefore, as indicated by a broken line in FIG. 4, the turbine passing amount Mtb is purely increased with respect to the temporary value Pex1 of the exhaust pressure Pex.
従って、図4に示すように、分岐量Mexとタービン通過量Mtbと一致するような排気圧Pexの真値Pex2を探索する際、局所解がないことが物理的に担保されている。すなわち、最適な解が1つであり、所定の演算回数(例えば、5回)を行うことにより、所定の精度で、解(真値)の探索を完了することが可能となる。 Therefore, as shown in FIG. 4, when searching for the true value Pex2 of the exhaust pressure Pex that matches the branch amount Mex and the turbine passing amount Mtb, it is physically ensured that there is no local solution. That is, there is only one optimal solution, and by performing a predetermined number of calculations (for example, five times), it becomes possible to complete the search for a solution (true value) with a predetermined accuracy.
本実施形態において、ECU40は、排気圧Pexの真値Pex2を探索する場合、二分探索を採用している。詳しく説明すると、ECU40は、分岐量Mex(=Mcld間−Megr)を算出する。そして、ECU40は、分岐量Mexからタービン通過量Mtbを減算した値(Mex−Mtb)が、0よりも大きければ、式(7)に基づき、今回の排気圧(Pex1(n))よりも真値に近い排気圧(Pex1(n+1))を算出する。一方、分岐量Mexからタービン通過量Mtbを減算した値が、0よりも小さければ、式(8)に基づき、今回の排気圧(Pex1(n))よりも真値に近い排気圧(Pex1(n+1))を算出する。
In the present embodiment, the
なお、数式(7)、(8)において、「n」は、演算回数(探索回数)を示し、初期値は1であり、演算(探索)を行うごとに、1加算される。また、数式(7)、(8)において、「Pex1(n)」は、今回における仮値Pex1に相当する値である。「Pex1(n+1)」は、今回の排気圧よりも真値に近い排気圧であり、真値Pex2(所定の演算回数を実行した場合)、又は次回における仮値Pex1(所定の演算回数を実行していない場合)に相当する値である。「Pexmax」は、探索範囲における排気圧Pexの最大値を示し、「Pexmin」は、探索範囲における排気圧Pexの最小値を示す。
探索部47としてのECU40は、所定の演算回数(探索回数、例えば、5回)、演算を繰り返し、その後に算出されたPex1(n+1)を真値Pex2とする。なお、所定の演算回数は、固定回数であり、真値Pex2の算出精度により、定められている。つまり、高精度に算出する必要がある場合には、演算回数を多くすればよい。また、分岐量Mexとタービン通過量Mtbが一致すれば、仮値Pex1が真値Pex2として特定する。
The
ECU40は、排気圧Pexの真値Pex2を特定した場合、特定した真値Pex2に基づき、EGR量Megr等、各種流量の真値を特定し、EGRバルブ装置28の駆動制御などの各種制御を実行する。
When the
次に、図5に基づいて、排気圧Pexを推定するため、ECU40により実行される排気圧推定処理について説明する。排気圧推定処理は、所定周期ごとに実行される。なお、本実施形態では、所定周期ごとに実行されたが、所定のタイミング(例えば、吸気開始のタイミング)において実行されてもよい。
Next, an exhaust pressure estimation process executed by the
ECU40は、各種情報(吸気圧Pim、背圧Ptb、吸気温Tim、排気温Texなど)を取得する(ステップS101)。そして、ECU40は、取得した各種情報に基づき、シリンダ吸気量Mcldや、その他ガス密度(EGRガス密度ρegr、排気ガス密度ρex)などを算出し、取得する(ステップS102)。
The
次に、ECU40は、排気圧Pexの仮値Pex1を設定する(ステップS103)。排気圧推定処理が実行されてから、ステップS103を最初に実行する場合には、予め決められた排気圧Pexの探索範囲における中間値を初期値として設定する。なお、探索範囲は、排気圧Pexとして取り得る可能性がある最小の値を下限とし、最大の値を上限としている。
Next, the
一方、排気圧推定処理が実行されてから、ステップS103の実行回数が2回目以降である場合には、ECU40は、後述するステップS107による探索結果(前回の探索結果)として特定された排気圧Pexを、仮値Pex1として設定する。
On the other hand, after the exhaust pressure estimation process is performed, when the number of times of execution of step S103 is the second or later, the
そして、ECU40は、吸気圧Pimと仮値Pex1とからEGRバルブ28aの前後における第1差圧ΔP1を算出し、当該第1差圧ΔP1に基づき、EGR量Megrを算出(取得)する(ステップS104)。より詳しくは、ECU40は、第1差圧ΔP1、バルブ開度Regr、及びEGRガス密度ρegrに基づき引数C1を算出し、引数C1に基づき、EGR量Megrを算出する。
Then, the
ECU40は、ステップS102で算出(取得)されたシリンダ吸気量Mcldから、ステップS104で算出(取得)されたEGR量Megrを減算して、分岐量Mexを算出(取得)する(ステップS105)。
The
そして、ECU40は、背圧Ptbと仮値Pex1とから排気タービン16bの前後における第2差圧ΔP2を算出し、当該第2差圧ΔP2に基づき、タービン通過量Mtbを算出(取得)する(ステップS106)。より詳しくは、ECU40は、第2差圧ΔP2、ノズル開度Rvnt、及び排気ガス密度ρexに基づき引数C2を算出し、算出された引数C2に基づき、タービン通過量Mtbを算出する。
Then, the
ECU40は、分岐量Mexが、タービン通過量Mtbに一致する(近づく)ような、排気圧Pexを探索する(ステップS107)。具体的には、ECU40は、分岐量Mexからタービン通過量Mtbを減算した値(Mex−Mtb)が、0よりも大きければ、式(7)に基づき、今回の排気圧(Pex1(n))よりも真値に近い排気圧(Pex1(n+1))を算出する。一方、分岐量Mexからタービン通過量Mtbを減算した値が、0よりも小さければ、式(8)に基づき、今回の排気圧(Pex1(n))よりも真値に近い排気圧(Pex1(n+1))を算出する。
The
ECU40は、演算が終了したか否かを判定する(ステップS108)。具体的には、排気圧推定処理が実行されてから、ステップS107の実行回数が所定の演算回数(例えば、5回)となったか否かを判定する。この判定結果が否定の場合、ステップS103の処理に移行し、ステップS103以降の処理を再び実行する。なお、次のステップS103において、今回のステップS107の探索結果により算出(特定)された排気圧(Pex1(n+1))を、新たな仮値Pex1として設定する。
The
一方、この判定結果が肯定の場合、ECU40は、排気圧推定処理を終了する。終了する際、ECU40は、最後のステップS107において算出された排気圧(Pex1(n+1))を真値Pex2として特定する。また、ECU40は、特定した排気圧Pexの真値Pex2に基づき、EGR量Megrなどの各種流量を推定する。なお、EGR量Megrの算出方法は、ステップS104における算出方法と同様である。
On the other hand, if the determination result is affirmative, the
上記構成により、以下の効果を奏する。 According to the above configuration, the following effects can be obtained.
EGRバルブ28aの前後における第1差圧ΔP1からEGR量Megrは、算出(推定)可能であり、排気タービン16bの前後における第2差圧ΔP2からタービン通過量Mtbは、算出(推定)可能である。そして、質量保存の法則から、シリンダ吸気量McldからEGR量Megrを減算した値(分岐量Mex)は、タービン通過量Mtbに一致するはずである。ECU40は、排気圧Pexとしての仮値Pex1を1又は複数回設定して、そのような条件を満たす排気圧Pexの真値Pex2を探索する。そして、探索により特定された真値Pex2に基づき、EGR量Megrなど各種流量の真値が好適に算出可能となる。つまり、排気圧Pexを実測又はマップにより推定しなくても、排気圧Pexの真値Pex2を特定し、EGR量Megrなど各種流量(の真値)を好適に算出することができる。
The EGR amount Megr can be calculated (estimated) from the first differential pressure ΔP1 before and after the EGR valve 28a, and the turbine passing amount Mtb can be calculated (estimated) from the second differential pressure ΔP2 before and after the exhaust turbine 16b. . Then, from the law of mass conservation, the value (branching amount Mex) obtained by subtracting the EGR amount Megr from the cylinder intake amount Mcld should be equal to the turbine passing amount Mtb. The
ECU40は、第1差圧ΔP1、EGRバルブ28aにおけるバルブ開度Regr、及びEGR通路27におけるEGRガス密度ρegrにより算出された引数C1に基づいて、EGR量Megrを算出する。また、ECU40は、第2差圧ΔP2、排気タービン16bにおけるノズル開度Rvnt、及び排気タービン16bの下流における排気ガス密度ρexにより算出された引数C2に基づいて、タービン通過量Mtbを算出する。このようにした場合、図4に示すように、分岐量Mexは、排気圧Pex(仮値Pex1)に対して純減し、タービン通過量Mtbは、排気圧Pex(仮値Pex1)に対して純増する。このため、局所解が存在せず、固定回数の設定(演算)で、所望の精度の排気圧Pex(真値Pex2)を特定することが可能となる。
The
可変ノズル式のターボチャージャの場合、排気タービン16bに対する指令値が全閉指令とされた場合に生じる所定の開口面積に基づき、排気タービン16bに対する指令値を修正し、ノズル開度Rvntとしている。つまり、指令値が全開指令である場合には、ノズル開度Rvntを100パーセントとする一方、全閉指令である場合には、所定の開口面積に基づき算出された開度(αパーセント)となるように、指令値を修正し、ノズル開度Rvntとしている。このため、全閉指令とした場合に、所定の開口面積が生じる可変ノズル式のターボチャージャを採用した場合であっても、タービン通過量Mtbを、排気圧Pex(仮値Pex1)に対して適切に純増させることができ、局所解がないことを担保することができる。 In the case of a variable nozzle type turbocharger, the command value for the exhaust turbine 16b is corrected based on a predetermined opening area that occurs when the command value for the exhaust turbine 16b is a fully closed command, and the nozzle opening degree Rvnt is set. That is, when the command value is the full open command, the nozzle opening degree Rvnt is set to 100%, and when the full close command is given, the opening degree (α percent) calculated based on the predetermined opening area is obtained. As such, the command value is corrected, and the nozzle opening degree Rvnt is set. Therefore, even when the variable nozzle turbocharger in which a predetermined opening area is generated when the fully closed command is employed, the turbine passing amount Mtb is appropriate for the exhaust pressure Pex (provisional value Pex1). It is possible to secure that there is no local solution.
ECU40は、予め設定した探索範囲において、二分探索により、排気圧Pexの真値Pex2を探索する。二分探索では、予め探索範囲を定め、真値(解)を含む区間の中心を繰り返し求めることで、真値に近づくため、探索結果の精度が探索回数で一意に決定される。このため、どのような条件でも、固定演算回数で真値(解)を見つけることができる。
The
(他の実施形態)
本発明は、上記実施形態に限定されず、例えば以下のように実施してもよい。なお、以下では、各実施形態で互いに同一又は均等である部分には同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above embodiment, and may be implemented, for example, as follows. In addition, below, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is mutually the same or equal in each embodiment, and the description is used about the part of the same code | symbol.
上記実施形態において、二分探索を採用したが、これ以外の探索方法を採用してもよい。例えば、線形探索を採用してもよい。
上記実施形態において、ノズル開度として、指令値を修正したものを使用したが、ノズル開度の実測値(推定値を含む)であってもよい。
Although binary search is adopted in the above-mentioned embodiment, other search methods may be adopted. For example, a linear search may be employed.
In the above embodiment, as the nozzle opening degree, one obtained by correcting the command value is used, but it may be a measured value (including an estimated value) of the nozzle opening degree.
上記実施形態において、吸気通路11、排気通路24及びEGR通路27のうち少なくともいずれかに、通過する空気量(ガス量)を検出するセンサを設けてもよい。この場合、ECU40にセンサの異常を検出する異常検出部としての機能を備えてもよい。例えば、図6に示すように、ECU40は、探索された排気圧Pexの真値Pex2に基づき、当該センサにより検出されるべき空気量(センサの推定値)を推定(算出)する(ステップS201)。その後、ECU40は、推定した空気量(算出結果)と、当該センサにより検出された空気量(入力結果)との比較を行う(ステップS202)。そして、ECU40は、その比較に基づき、センサの異常を判定する(ステップS203)。つまり、ECU40は、差が閾値以上であるか否かに基づき、異常を判定する。センサの異常がある場合、ECU40は、異常を通知し(ステップS204)、異常がない場合には、処理を終了する。
In the above embodiment, at least one of the
上記実施形態において、排気タービン16bよりも上流側に排気圧Pexを検出する圧力センサを設けてもよい。この場合、ECU40に当該圧力センサの異常を検出する異常検出部としての機能を備えてもよい。例えば、図6に示すように、ECU40は、探索された排気圧Pexの真値Pex2により、当該圧力センサにより検出されるべき排気圧(センサの推定値)を推定(算出)する(ステップS201)。その後、ECU40は、推定した排気圧(算出結果、すなわち、真値)と、当該圧力センサにより検出された排気圧(入力結果、すなわち実測値)との比較を行う(ステップS202)。そして、ECU40は、その比較に基づき、圧力センサの異常を判定する(ステップS203)。つまり、ECU40は、差が閾値以上であるか否かに基づき、異常を判定する。圧力センサの異常がある場合、ECU40は、異常を通知し(ステップS204)、異常がない場合には、処理を終了する。
In the above embodiment, a pressure sensor that detects the exhaust pressure Pex may be provided upstream of the exhaust turbine 16b. In this case, the
10…エンジン、11…吸気通路、16…ターボチャージャ、16b…排気タービン、24…排気通路、27…EGR通路、28a…EGRバルブ、40…ECU、41…吸気圧取得部、42…背圧取得部、43…吸気量取得部、44…設定部、45…EGR量算出部、46…タービン通過量算出部、47…探索部。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記吸気通路において、前記EGR通路との合流部分よりも下流の吸気圧を取得する吸気圧取得部(41)と、
前記排気タービンの背圧を取得する背圧取得部(42)と、
前記排気通路において、前記排気タービンの上流における排気圧としての仮値を設定する設定部(44)と、
前記内燃機関のシリンダに吸入されるシリンダ吸気量を取得する吸気量取得部(43)と、
前記吸気圧と前記仮値とから前記EGRバルブの前後における第1差圧を算出し、当該第1差圧に基づき、前記EGR量を算出する第1算出部(45)と、
前記背圧と前記仮値とから前記排気タービンの前後における第2差圧を算出し、当該第2差圧に基づき、前記排気タービンを通過するタービン通過量を算出する第2算出部(46)と、
前記設定部により前記仮値を1又は複数回設定して、前記シリンダ吸気量から前記EGR量を減算した値が、前記タービン通過量と一致する排気圧の真値を探索する探索部(47)と、を備える内燃機関の制御装置。 A turbocharger (16) for supercharging intake air by the exhaust of an internal combustion engine (10), and an intake passage (11) and an exhaust passage (24) connected to the internal combustion engine, the exhaust passage being provided And an EGR passage (27) connecting the upstream side of the exhaust turbine (16b) of the turbocharger and the downstream side of the compressor (16a) of the intake passage, and the EGR passage And a control device (40) for an internal combustion engine applied to an internal combustion engine system comprising: an EGR valve (28a) for controlling an amount of EGR recirculated to the intake passage via:
An intake pressure acquisition unit (41) that acquires an intake pressure downstream of a junction with the EGR passage in the intake passage;
A back pressure acquisition unit (42) for acquiring the back pressure of the exhaust turbine;
A setting unit (44) configured to set a temporary value as an exhaust pressure upstream of the exhaust turbine in the exhaust passage;
An intake amount acquisition unit (43) that acquires a cylinder intake amount that is drawn into a cylinder of the internal combustion engine;
A first calculation unit (45) that calculates a first differential pressure before and after the EGR valve from the intake pressure and the temporary value, and calculates the EGR amount based on the first differential pressure;
A second calculation unit (46) that calculates a second differential pressure before and after the exhaust turbine from the back pressure and the temporary value, and calculates a turbine passing amount passing through the exhaust turbine based on the second differential pressure When,
A search unit (47) for setting the temporary value one or more times by the setting unit, and searching for a true value of the exhaust pressure in which a value obtained by subtracting the EGR amount from the cylinder intake amount matches the turbine passing amount. And a controller for an internal combustion engine.
前記第2算出部は、前記第2差圧、前記過給機における開度、及び前記排気タービンの下流における排気ガス密度に基づき、前記タービン通過量を算出する請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 The first calculation unit calculates the EGR amount based on the first differential pressure, the valve opening degree of the EGR valve, and the EGR gas density in the EGR passage.
The internal combustion engine according to claim 1, wherein the second calculation unit calculates the turbine passing amount based on the second differential pressure, the opening degree of the turbocharger, and the exhaust gas density downstream of the exhaust turbine. Control device.
前記過給機における開度は、前記所定の開口面積に基づき、前記排気タービンに対する指令値を修正したものである請求項2に記載の内燃機関の制御装置。 The supercharger has a predetermined opening area when a command value for the exhaust turbine is a fully closing command.
The control device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the opening degree of the supercharger is obtained by correcting a command value for the exhaust turbine based on the predetermined opening area.
前記探索部により探索された排気圧の真値に基づき、前記空気量を推定し、推定した前記空気量と、前記センサにより検出された前記空気量との比較に基づき、前記センサの異常を検出する異常検出部を備えた請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。 At least one of the intake passage, the exhaust passage, and the EGR passage is provided with a sensor that detects an amount of air passing therethrough.
The air amount is estimated based on the true value of the exhaust pressure searched by the search unit, and the abnormality of the sensor is detected based on comparison between the estimated air amount and the air amount detected by the sensor. The control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, further comprising an abnormality detection unit.
前記探索部により探索された排気圧の真値と、前記圧力センサにより検出された実測値との比較に基づき、前記圧力センサの異常を検出する異常検出部を備えた請求項1〜5のうちいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。 A pressure sensor is provided upstream of the exhaust turbine of the turbocharger in the exhaust passage,
The abnormality detection part which detects the abnormality of the said pressure sensor based on the comparison with the true value of the exhaust pressure searched by the said search part and the actual value detected by the said pressure sensor A control device for an internal combustion engine according to any one of the items.
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