JP2019190313A - Control device of supercharger and control method of supercharger - Google Patents
Control device of supercharger and control method of supercharger Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019190313A JP2019190313A JP2018081592A JP2018081592A JP2019190313A JP 2019190313 A JP2019190313 A JP 2019190313A JP 2018081592 A JP2018081592 A JP 2018081592A JP 2018081592 A JP2018081592 A JP 2018081592A JP 2019190313 A JP2019190313 A JP 2019190313A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- supercharging pressure
- value
- actuator
- pressure
- drive amount
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Supercharger (AREA)
Abstract
Description
本発明は、エンジンの過給機の制御装置及び制御方法に関する。 The present invention relates to an engine supercharger control apparatus and control method.
エンジンの過給機は、エンジンの燃焼室から排出される排気による駆動力によって回転するタービンと、タービンと連動して回転して燃焼室へ供給される吸気を圧縮するコンプレッサを備える。過給機によって圧縮された吸気は、スロットルによって流量を調整されて燃焼室へ供給される。 The engine supercharger includes a turbine that is rotated by a driving force generated by exhaust gas discharged from a combustion chamber of the engine, and a compressor that rotates in conjunction with the turbine and compresses intake air supplied to the combustion chamber. The intake air compressed by the supercharger is supplied to the combustion chamber after the flow rate is adjusted by the throttle.
エンジンの燃焼室から排出される排気のうち、過給機のタービンを回転させる駆動力として利用される排気の流量は、ウェイストゲートバルブ(Waste Gate Valve)(以下では「WGV」と呼ぶ)によって調整される。WGVは、排出通路のタービンの上流側に設けられ、燃焼室からの排気の一部をバイパス通路へ逃がすことによって、タービンを駆動する排気の流量を調整する。WGVの開度は、アクチュエータによって制御される。 Of the exhaust discharged from the combustion chamber of the engine, the flow rate of the exhaust used as a driving force for rotating the turbocharger turbine is adjusted by a waste gate valve (hereinafter referred to as “WGV”). Is done. The WGV is provided on the upstream side of the turbine in the exhaust passage, and adjusts the flow rate of the exhaust that drives the turbine by allowing a part of the exhaust from the combustion chamber to escape to the bypass passage. The opening degree of the WGV is controlled by an actuator.
エンジンの過給機は、一般的には、外乱の影響を補償するためにフィードバック制御される。例えば、特許文献1には、過給圧の測定値が過給圧の目標値に追従するように、WGVの開度をフィードバック制御する制御装置が記載されている。特許文献1では、エンジンの加速度に応じてフィードバック量を補正することによって、過給圧のオーバーシュートの発生を抑制している。
Engine superchargers are typically feedback controlled to compensate for the effects of disturbances. For example,
しかし、エンジンの過給機では、前述のように、アクチュエータを駆動してからサージタンクの過給圧に変化が現れるまでに、WGV、タービン、コンプレッサと多数の段階を経ることから、数100ミリ秒程度の遅れ時間が生じる。このような遅れ時間を有する過給機においては、特許文献1のフィードバック制御方法を用いたとしても、依然としてフィードバック制御の追従性と応答性の相反性が問題となる。
However, in the engine supercharger, as described above, there are several stages such as WGV, turbine, and compressor from when the actuator is driven until the change in the supercharging pressure of the surge tank appears. A delay time of about 2 seconds occurs. In a turbocharger having such a delay time, even if the feedback control method disclosed in
すなわち、応答性を高めるためにフィードバック制御のゲインを大きくすると、追従性が低下して過給圧がオーバーシュートする。この結果、車両にショックが生じて運転者の体感が悪化する。一方、追従性を高めるためにフィードバック制御のゲインを小さくすると、応答性が低下して過給圧が収束するまでに時間を要する。この結果、運転者が加速の遅れ時間を待ちきれずにアクセルを踏んだり戻したりするため、過給圧がハンチングする。このような過給圧のオーバーシュートやハンチングは、車両の燃費にも悪影響を与える。 That is, if the gain of feedback control is increased in order to improve the responsiveness, the followability is reduced and the supercharging pressure is overshooted. As a result, a shock occurs in the vehicle and the driver's experience is deteriorated. On the other hand, if the gain of the feedback control is reduced in order to improve the follow-up performance, it takes time for the responsiveness to decrease and the supercharging pressure to converge. As a result, the driver steps on and returns to the accelerator without waiting for the acceleration delay time, so that the supercharging pressure hunts. Such overshoot and hunting of the supercharging pressure adversely affect the fuel consumption of the vehicle.
そこで本発明は、追従性と応答性を両立することが可能な過給機の制御装置及び過給機の制御方法を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the control apparatus and supercharger control method of a supercharger which can make tracking property and responsiveness compatible.
本発明の一観点によれば、エンジンの燃焼室から排出される排気による駆動力によって回転するタービンと、タービンと連動して回転し、燃焼室へ供給される吸気を圧縮するコンプレッサと、コンプレッサによって圧縮された吸気のサージタンクにおける過給圧を測定する過給圧測定器と、タービンの上流側において排気の一部をバイパス通路へ逃がすウェイストゲートバルブの開度を調整するアクチュエータと、を備えた過給機を制御する制御装置であって、アクチュエータの駆動量を第1駆動量に設定したときの所定期間後における過給圧の予測値を、過給圧の測定値に基づいて算出する予測部と、過給圧の目標値と過給圧の予測値の偏差の絶対値が第1閾値未満となるまでは、第1駆動量でアクチュエータを駆動し、偏差の絶対値が第1閾値未満になったあとは、過給圧の測定値が過給圧の目標値に追従するようにアクチュエータを駆動する制御部と、を有する過給機の制御装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a turbine that rotates by a driving force by exhaust gas discharged from a combustion chamber of an engine, a compressor that rotates in conjunction with the turbine and compresses intake air supplied to the combustion chamber, and a compressor A supercharging pressure measuring device that measures the supercharging pressure in a surge tank of compressed intake air, and an actuator that adjusts the opening of a waste gate valve that allows part of the exhaust to escape to the bypass passage upstream of the turbine. A control device for controlling a supercharger, wherein a predicted value of a supercharging pressure after a predetermined period when the driving amount of an actuator is set to a first driving amount is calculated based on a measured value of the supercharging pressure Until the absolute value of the deviation between the target value of the supercharging pressure and the predicted value of the supercharging pressure is less than the first threshold, the actuator is driven with the first drive amount, and the absolute value of the deviation is After it becomes less than the threshold value, the control device of the supercharger and a control unit for driving the actuator so that the measured value of the supercharging pressure follows the target value of the supercharging pressure is provided.
また、本発明の別観点によれば、エンジンの燃焼室から排出される排気による駆動力によって回転するタービンと、タービンと連動して回転し、燃焼室へ供給される吸気を圧縮するコンプレッサと、コンプレッサによって圧縮された吸気のサージタンクにおける過給圧を測定する過給圧測定器と、タービンの上流側において排気の一部をバイパス通路へ逃がすウェイストゲートバルブの開度を調整するアクチュエータと、を備えた過給機の制御方法であって、アクチュエータの駆動量を第1駆動量に設定したときの所定期間後における過給圧の予測値を、過給圧の測定値に基づいて算出する予測ステップと、過給圧の目標値と過給圧の予測値の偏差の絶対値が第1閾値未満となるまでは、第1駆動量でアクチュエータを駆動し、偏差の絶対値が第1閾値未満になったあとは、過給圧の測定値が過給圧の目標値に追従するようにアクチュエータを駆動する制御ステップと、を有する過給機の制御方法が提供される。 Further, according to another aspect of the present invention, a turbine that is rotated by a driving force by exhaust discharged from a combustion chamber of an engine, a compressor that rotates in conjunction with the turbine and compresses intake air supplied to the combustion chamber, A supercharging pressure measuring device that measures the supercharging pressure in the surge tank of the intake air compressed by the compressor, and an actuator that adjusts the opening degree of the waste gate valve that releases a part of the exhaust to the bypass passage on the upstream side of the turbine. A method for controlling a supercharger, comprising: calculating a predicted value of a supercharging pressure after a predetermined period when the driving amount of an actuator is set to a first driving amount based on a measured value of the supercharging pressure The actuator is driven with the first drive amount until the absolute value of the deviation between the step and the target value of the boost pressure and the predicted value of the boost pressure is less than the first threshold, and the absolute value of the deviation The after becomes less than the first threshold value, the control method of the supercharger and a control step of driving the actuator so that the measured value of the supercharging pressure follows the target value of the supercharging pressure is provided.
本発明によれば、過給圧の追従性と応答性を両立することが可能な過給機の制御装置及び過給機の制御方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the control apparatus of a supercharger and the control method of a supercharger which can make the tracking property and response of a supercharging pressure compatible are provided.
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、各図において同一、又は相当する機能を有するものは、同一符号を付し、その説明を省略又は簡潔にすることもある。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it can change suitably. In addition, components having the same or corresponding functions in each drawing are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be omitted or simplified.
本発明の過給機の制御装置は、予測部及び制御部を有する。予測部は、アクチュエータの駆動量を、例えばウェイストゲートバルブが閉じ切り状態となるような第1駆動量に設定したときの所定期間後における過給圧の予測値を、過給圧の測定値に基づいて算出する。また、制御部は、過給圧の予測値が過給圧の目標値の近傍に達するまでは、第1駆動量でアクチュエータを駆動し、予測値が過給圧の目標値の近傍に達したあとは、過給圧の測定値が過給圧の目標値に追従するようにアクチュエータを駆動する。この予測値は、例えば、アクチュエータの駆動量を変化させたときの過給圧の時間応答をモデル化した伝達関数に基づいて算出される。 The supercharger control device of the present invention includes a prediction unit and a control unit. The predicting unit converts the predicted value of the supercharging pressure after a predetermined period when the driving amount of the actuator is set to the first driving amount such that the waste gate valve is in a closed state to the measured value of the supercharging pressure. Calculate based on Further, the control unit drives the actuator with the first drive amount until the predicted value of the supercharging pressure reaches the vicinity of the target value of the supercharging pressure, and the predicted value reaches the vicinity of the target value of the supercharging pressure. After that, the actuator is driven so that the measured value of the supercharging pressure follows the target value of the supercharging pressure. This predicted value is calculated based on, for example, a transfer function that models the time response of the supercharging pressure when the drive amount of the actuator is changed.
これにより、予測値に基づいて、過給機の過給圧が目標値へ収束するようにフィードフォワード制御されるため、過給圧の追従性と応答性が両立される。 As a result, the feedforward control is performed so that the supercharging pressure of the supercharger converges to the target value based on the predicted value, so that the followability and the responsiveness of the supercharging pressure are compatible.
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係る過給機の制御装置4を、エンジンの過給機2と共に示した図である。過給機2は、タービン21、コンプレッサ22、WGV23、過給圧測定器25、及びアクチュエータ26を備える。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a supercharger control device 4 according to a first embodiment together with an
タービン21は、排気通路11上に設けられ、エンジンの燃焼室10から排出される排気による駆動力によって回転する。また、コンプレッサ22は、吸気通路12上に設けられ、タービン21と連動して回転し、燃焼室10へ供給される吸気を圧縮する。
The
コンプレッサ22によって圧縮された吸気は、スロットル13のスロットルバルブによって流量を調整され、サージタンク14に一時的に蓄えられた後、燃焼室10へ供給される。スロットル13のスロットルバルブの開度は、運転者がアクセルペダルを踏み込む程度に応じて調整される。
The intake air compressed by the
過給圧測定器25は、サージタンク14における吸気の過給圧を測定し、測定値を後述の制御装置4へ出力する。
The supercharging
WGV23は、排気通路11のタービン21の上流側に設けられ、燃焼室10から排出される排気の一部をバイパス通路24へ逃がす。これにより、WGV23は、燃焼室10から排出される排気のうち、過給機2のタービン21を回転させる駆動力として利用する排気の流量を調整する。
The WGV 23 is provided on the upstream side of the
アクチュエータ26は、WGV23の開度を調整する。図1にはダイヤフラム式のアクチュエータ26が示されている。本発明は、過給機2の遅れ時間が大きくなるダイヤフラム式のアクチュエータ26を備える過給機2に対して適用される場合に、特に大きな効果が得られる。したがって、以下の説明は、アクチュエータ26がダイヤフラム式であることを想定するが、本実施形態はこれに限定されない。アクチュエータ26は、他の調圧式であってもよく、電動式であってもよい。本実施形態のアクチュエータ26は、ダイヤフラム261(diaphragm)、及びVSV262(Vacuum Switching Valve)を備える。
The
ダイヤフラム261は、ダイヤフラム室260を二つに区画しており、チャンバー263(Chamber)から供給される圧力に応じて変形して図中の左右方向に変位する。ダイヤフラム261は、ロッド264を介してWGV23と連結されており、ダイヤフラム261が図中の左右方向に変位するのに応じて、WGV23の開度を調整する。
The
VSV262は、コンプレッサ22の上流側と下流側をバイパスする負圧通路265上に設けられ、負圧通路265を開閉することで、チャンバー263の圧力を制御する。VSV262は、不図示の駆動回路によって駆動される。VSV262は、後述の制御装置4から出力されるデューティ信号のデューティ比に応じて負圧通路265の開期間と閉期間の長さの比が制御されてもよいし、デューティ信号のデューティ比に応じて負圧通路265の開度が制御されてもよい。
The
例えば、VSV262がデューティ比0%で駆動されて負圧通路265を閉状態にすると、チャンバー263の圧力は、コンプレッサ22の下流側の圧力(以下では「コンプレッサ圧」と呼ぶ)に昇圧される。この結果、ダイヤフラム261に作用する圧力が大きくなって、ロッド264及びWGV23が動き出すために必要なセット圧以上になると、ダイヤフラム261はロッド264を押し出してWGV23の開度を上げる。
For example, when the
一方、VSV262がデューティ比100%で駆動されて負圧通路265を開状態にすると、チャンバー263の圧力は、コンプレッサ22の上流側の負圧によって減圧される。この結果、ダイヤフラム261に作用する圧力が小さくなり、ダイヤフラム261はロッド264を引いてWGV23の開度を下げる。
On the other hand, when the
図1に示されるような、ダイヤフラム式のアクチュエータ26を備える過給機2では、アクチュエータ26を駆動してからサージタンク14の過給圧に変化が現れるまでに多数の段階を経ることから、大きな遅れ時間が生じる。アクチュエータ26の駆動量を変化させたときのサージタンク14における過給圧の時間応答は、伝達関数によってモデル化される。以下では、アクチュエータ26がダイヤフラム式である場合の伝達関数について説明する。
In the
アクチュエータ26の駆動量の時間変化をDvsv(t)とし、そのラプラス変換をDvsv(s)とする。また、タービン21の回転数の時間変化をNtbn(t)とし、そのラプラス変換をNtbn(s)とする。ここで、アクチュエータ26の駆動量とは、アクチュエータ26がダイヤフラム式の場合は、VSV262が駆動されるデューティ比のことである。このとき、アクチュエータ26の駆動量が変化したときのタービン21の回転数の時間応答は、下式(1)に示す一次遅れの伝達関数でモデル化される。
Ntbn(s)/Dvsv(s)=K1/(1+T1・s) (1)
The time change of the driving amount of the
N tbn (s) / D vsv (s) = K 1 / (1 + T 1 · s) (1)
また、コンプレッサ圧の時間変化をPcmp(t)とし、そのラプラス変換をPcmp(s)とする。このとき、タービン21の回転数が変化したときのコンプレッサ圧の時間応答は、下式(2)に示す一次遅れの伝達関数でモデル化される。
Pcmp(s)/Ntbn(s)=K2/(1+T2・s) (2)
Further, the time change of the compressor pressure is P cmp (t), and its Laplace transform is P cmp (s). At this time, the time response of the compressor pressure when the rotation speed of the
P cmp (s) / N tbn (s) = K 2 / (1 + T 2 · s) (2)
また、サージタンク14の過給圧の時間変化をPbst(t)し、そのラプラス変換をPbst(s)とする。このとき、コンプレッサ圧が変化したときの過給圧の時間応答は、下式(3)に示す位相遅れの伝達関数でモデル化される。
Pbst/Pcmp(s)=exp(−T3・s) (3)
Further, the time change of the supercharging pressure of the surge tank 14 is defined as P bst (t), and the Laplace conversion is defined as P bst (s). At this time, the time response of the supercharging pressure when the compressor pressure changes is modeled by a phase delay transfer function expressed by the following equation (3).
P bst / P cmp (s) = exp (−T 3 · s) (3)
上式(1)〜(3)より、アクチュエータ26の駆動量が変化したときの過給圧の時間応答は、下式(4)に示す二次遅れの伝達関数でモデル化される。
Pbst/Dvsv(s)
=K1・K2・exp(−T3・s)/{(1+T1・s)(1+T2・s)}(4)
From the above equations (1) to (3), the time response of the supercharging pressure when the drive amount of the
P bst / D vsv (s)
= K 1 · K 2 · exp (-T 3 · s) / {(1 + T 1 · s) (1 + T 2 · s)} (4)
上式(4)の伝達関数において、アクチュエータ26の駆動量を変化させてからサージタンク14の過給圧に変化が現れるまでの遅れ時間は、概ね時定数T3によって決定される。
In the transfer function of the above equation (4), the delay time from when the drive amount of the
図2は、第1実施形態に係る過給機の制御装置4の構成を概略的に示した図である。制御装置4は、演算部40、記憶部41、入力部42、及び出力部43、を備える。
FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the supercharger control device 4 according to the first embodiment. The control device 4 includes a
記憶部41は、演算部40によって実行される制御及び演算のためのプログラムを記憶する。また、記憶部41は、上式(4)の伝達関数を、時定数T1、T2、T3と共に記憶する。記憶部41は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、EPROM(Erasable Programmable ROM)等の半導体メモリを有することができる。
The storage unit 41 stores a program for control and calculation executed by the
入力部42は、過給圧測定器25から出力される過給圧の測定値、及びスロットル13から出力されるスロットル開度等の信号を受信するためのインターフェース回路を有する。また、出力部43は、アクチュエータ26のVSV262へデューティ信号を出力するためのインターフェース回路を有する。
The
演算部40は、プロセッサ又は集積回路である。演算部40は、制御部44、予測部45、及び補正部46を有する。
The
制御部44は、所定期間後における過給圧の予測値が過給圧の目標値の近傍に達するまでは、過給機2をフィードフォワード制御し、過給圧の予測値が過給圧の目標値の近傍に達したあとは、過給機2をフィードバック制御する。予測部45は、その予測値を、アクチュエータ26の駆動量及び過給圧の測定値に基づいて算出する。補正部46は、アクチュエータ26の駆動量を変更してから過給圧の測定値が減少に転じるまでの時間に基づいて、上式(4)の伝達関数の位相遅れの時定数T3を補正する。制御部44、予測部45、及び補正部46の動作については、この後、図3及び図4を参照しながら詳細に説明する。
The
図3は、第1実施形態に係るエンジンのスロットル開度、コンプレッサ圧、過給圧、及びアクチュエータ26の駆動量の時間変化を示すタイミングチャートである。図3(a)〜図3(d)は、上から順に、それぞれ、スロットル13のスロットル開度、アクチュエータ26の駆動量、コンプレッサ圧、過給圧を示している。図3(a)〜図3(d)の横軸は、時間を示している。また、図4は、第1実施形態に係る過給機2の制御方法を示すフローチャートである。以下、図3及び図4を参照しながら、本実施形態の制御装置4による過給機2の制御方法について説明する。
FIG. 3 is a timing chart showing temporal changes in the throttle opening, the compressor pressure, the supercharging pressure, and the drive amount of the
車両の運転者がアクセルペダルを踏みこむと、図3に示された時刻t1において、スロットル13のスロットル開度が上昇を始める。制御部44は、スロットル開度に応じて過給圧の目標値P0を設定する(ステップS1)。スロットル開度と過給圧の目標値P0との対応関係は、例えば記憶部41に予め記憶されたテーブルに規定されている。したがって、制御部44は、過給圧の目標値P0を、テーブルを参照して設定すればよい。
When the driver of the vehicle depresses the accelerator pedal, at time t 1 shown in FIG. 3, the throttle opening of the
時刻t2において、スロットル開度が閾値Wth以上となり、かつ、ダイヤフラム261に作用する圧力がセット圧以上となってWGV23の制御が可能になると、制御部44は、アクチュエータ26の駆動量を第1駆動量D1に設定する(ステップS2)。ここで、第1駆動量D1は、典型的にはWGV23が閉じ切り状態となるようなアクチュエータ26の駆動量であって、例えばVSV262はデューティ比100%で駆動される。第1駆動量D1の値が大きいほど、過給機2の応答性は向上する。ただし、第1駆動量D1はデューティ比100%に限定されない。例えば、過給圧の目標値P0がそもそも小さくて、WGV23を閉じ切り状態にすると過給圧が目標値P0を超えてしまうような場合には、第1駆動量D1は、例えばデューティ比90%或いはデューティ比80%とされてもよい。
At time t 2 , when the throttle opening is equal to or greater than the threshold value W th and the pressure acting on the
時刻t3において、予測部45は、所定期間T0後における過給圧の予測値を、過給圧測定器25によって測定された過給圧の測定値、及びアクチュエータ26の第1駆動量D1に基づいて算出する(ステップS3)。予測部45は、制御装置4の制御周期ごとに過給圧の予測値を算出する。図3に示された時刻t3は、制御周期の一時刻を代表させて示している。
At time t 3 , the
ここで、所定期間T0の長さは、上式(4)の伝達関数の位相遅れの時定数T3と同程度にすることが好ましい。伝達関数の時定数T3は、過給機2の時間応答の遅れを表している。したがって、所定期間T0の長さを時定数T3と同程度の長さに設定することで、予測部45は、ちょうどアクチュエータ26の駆動量を変化させて制御することが可能な最も近い将来の過給圧を予測することができる。
Here, it is preferable that the length of the predetermined period T 0 is approximately the same as the time constant T 3 of the phase delay of the transfer function of the above equation (4). The time constant T 3 of the transfer function represents a time response delay of the
本実施形態では、予測部45は、過給圧の予測値を、伝達関数に基づく第1予測値と、線形予測に基づく第2予測値の二種類の予測値に基づいて算出する。まず、過給圧の第1予測値の算出方法について説明する。予測部45は、上式(4)の伝達関数に、過給圧の測定値、及びアクチュエータ26の第1駆動量D1を入力して、第1予測値を算出する。上式(4)の伝達関数は、記憶部41に予め記憶されている。過給圧の第1予測値は、例えば次のようにして算出される。
In the present embodiment, the predicting
上式(1)を変形すると、下式(5)が得られる。
s・Ntbn(s)={K1・Dvsv(s)−Ntbn(s)}/T1 (5)
When the above equation (1) is transformed, the following equation (5) is obtained.
s · N tbn (s) = {K 1 · D vsv (s) −N tbn (s)} / T 1 (5)
上式(5)を逆ラプラス変換すると、下式(6)の微分方程式が得られる。
dNtbn(t)/dt={K1・Dvsv(t)−Ntbn(t)}/T1 (6)
When the above equation (5) is subjected to inverse Laplace transform, a differential equation of the following equation (6) is obtained.
dN tbn (t) / dt = {K 1 · D vsv (t) −N tbn (t)} / T 1 (6)
上式(6)の微分方程式を離散系へ展開すると、下式(7)が得られる。
Ntbn(t+Δt)
=Ntbn(t)+{K1・Dvsv(t)−Ntbn(t)}Δt/T1 (7)
When the differential equation of the above equation (6) is developed into a discrete system, the following equation (7) is obtained.
N tbn (t + Δt)
= N tbn (t) + {K 1 · D vsv (t) −N tbn (t)} Δt / T 1 (7)
上式(7)に、時刻t0におけるNtbn(t0)及びDvsv(t0)を入力すると、時刻t0+ΔtにおけるNtbn(t0+Δt)が得られる。更にこの計算を繰り返すと、任意の将来の時刻tにおけるNtbn(t)が得られる。なお、上式(6)の微分方程式の一般解を求めることで、任意の将来の時刻tにおけるNtbn(t)を代数的に算出することも可能である。 The above equation (7), entering the N tbn at time t 0 (t 0) and D vsv (t 0), N tbn at time t 0 + Δt (t 0 + Δt) is obtained. If this calculation is further repeated, N tbn (t) at an arbitrary future time t is obtained. It is also possible to algebraically calculate N tbn (t) at an arbitrary future time t by obtaining a general solution of the differential equation of the above equation (6).
同様にして、上式(2)を逆ラプラス変換して、離散系へ展開すると、下式(8)が得られる。
Pcmp(t+Δt)
=Pcmp(t)+{K2・Ntbn(t)−Pcmp(t)}Δt/T2 (8)
Similarly, when the above equation (2) is subjected to inverse Laplace transform and developed into a discrete system, the following equation (8) is obtained.
P cmp (t + Δt)
= P cmp (t) + {K 2 · N tbn (t) −P cmp (t)} Δt / T 2 (8)
また同様にして、上式(3)を逆ラプラス変換して、離散系へ展開すると、下式(9)が得られる。
Pbst(t)=Pcmp(t−T3) (9)
Similarly, when the above equation (3) is subjected to inverse Laplace transform and developed into a discrete system, the following equation (9) is obtained.
P bst (t) = P cmp (t−T 3 ) (9)
上式(9)は、過給圧の時間変化の波形がコンプレッサ圧の時間変化の波形に対して時定数T3だけ遅れることを表している。例えば図3(d)に示された過給圧の測定値の時間変化の波形400は、図3(c)に示されたコンプレッサ圧の測定値の時間変化の波形401に対して時定数T3だけ遅れている。
The above equation (9) represents that the waveform of the time change of the supercharging pressure is delayed by the time constant T 3 with respect to the waveform of the time change of the compressor pressure. For example, the
予測部45は、上式(7)〜(9)にしたがって、タービン21の回転数Ntbn(t)、コンプレッサ圧Pcmp(t)、及び過給圧Pbst(t)を順次算出して、所定期間T0後における過給圧Pbst(t3+T0)を第1予測値として算出する。図3(d)には、このようにして算出された過給圧の第1予測値の時間変化の波形402が示されている。この第1予測値は、過給圧の測定値を取得する度に算出し直されることが好ましいが、制御装置4の演算量を抑制するために、例えば過去の時刻t2のタイミングで算出した第1予測値の波形402を、その後の時刻t3において利用してもよい。
The
次に、過給圧の第2予測値の算出方法について説明する。予測部45は、過給圧の測定値が概ね直線的に時間変化することを仮定して、第2予測値を算出する。例えば、予測部45は、過去の複数の時刻における過給圧の測定値から、所定期間T0後における過給圧の第2予測値を、下式(10)の線形予測によって算出する。ここで、係数a1は典型的には1であり、必要に応じて調整される。図3(d)には、このようにして算出された過給圧の第2予測値の時間変化の波形403が示されている。
Pbst(t3+T0)=Pbst(t3)
+a1・{dPbst(t3)/dt}・T0 (10)
Next, a method for calculating the second predicted value of the supercharging pressure will be described. The
P bst (t 3 + T 0 ) = P bst (t 3 )
+ A 1 · {dP bst (t 3 ) / dt} · T 0 (10)
第1予測値及び第2予測値は、それぞれ利点を有する。第1予測値が依拠する上式(4)の伝達関数は、アクチュエータ26の駆動量を変化させたときの過給圧の時間応答を、時定数T1、T2、T3のパラメータ等によりモデル化したものである。したがって、第1予測値は、特に過給圧の時間応答の遅れ時間を表す時定数T3よりも遠い将来の過給圧を正確に予測することができる。他方、第2予測値は、過去の複数の時刻における過給圧の測定値に基づいて線形予測によって算出されるため、時定数T3よりも近い将来の過給圧を正確に予測することができる。
Each of the first predicted value and the second predicted value has an advantage. The transfer function of the above equation (4) on which the first predicted value depends depends on the time response of the supercharging pressure when the driving amount of the
そこで、予測部45は、下式(11)のように、第1予測値と第2予測値の加重平均を過給圧の最終的な予測値として用いる。これにより、時定数T3と同程度の所定期間T0後における過給圧の予測値を、正確に予測することができる。ここで、重み係数b1、b2は、b1+b2=1を満たす正の実数であり、所定期間T0の長さに応じて調整される。
予測値 = b1・第1予測値 + b2・第2予測値 (11)
Therefore, the
Prediction value = b 1 · 1st prediction value + b 2 · 2nd prediction value (11)
例えば、予測部45は、時定数T3よりも遠い所定期間T0後の過給圧を予測する場合には、重み係数b1を重み係数b2よりも大きくし、時定数T3よりも近い所定期間T0後の過給圧を予測する場合には、重み係数b2を重み係数b1よりも大きくする。なお、予測部45は、重み係数b1、b2の一方を1として他方を0として、第1予測値と第2予測値のいずれか一方のみに基づいて最終的な予測値を算出してもよい。
For example, when predicting the supercharging pressure after a predetermined period T 0 far from the time constant T 3 , the predicting
次に、制御部44は、過給圧の測定値の波形400の歪みが大きいか否かを判定する(ステップS4)。第1予測値及び第2予測値は、過給圧の測定値の時間変化の波形400が大きく歪んでいる場合に予測精度が低下する。そこで、制御部44は、精度が低下した予測値に基づいて制御が行われないように、過給圧の測定値の時間変化の波形400が概ね線形であるか否かを判定する。
Next, the
制御部44は、過去の複数の時刻における過給圧の測定値に基づいて、過給圧の測定値の時間変化の波形400を、例えば下式(12)に示すような二階の微分項まで展開したテーラー級数で補間する。そして、求めた波形400の二階微分成分の絶対値が第2閾値以上である場合には、波形400の歪みが大きいと判定する。ここで、係数a1、a2は典型的には1であり、必要に応じて調整される。
Pbst(t+Δt)=Pbst(t)
+a1・{dPbst(t)/dt}・Δt
+a2・{d2Pbst(t)/dt2}・(Δt)2 (12)
Based on the measured values of the boost pressure at a plurality of past times, the
P bst (t + Δt) = P bst (t)
+ A 1 · {dP bst (t) / dt} · Δt
+ A 2 · {d 2 P bst (t) / dt 2 } · (Δt) 2 (12)
制御部44によって過給圧の測定値の波形400の歪みが大きいと判定された場合には(ステップS4で「Yes」)、制御部44は、過給圧の測定値を正確に予測することが困難であると判断して、ステップS7に処理を進める。一方、過給圧の測定値の波形400の歪みが小さいと判定された場合には(ステップS4で「No」)、制御部44は、次のステップS5に処理を進める。これにより、精度が低下した予測値に基づいて制御が行われることが防止される。
When the
次に、制御部44は、過給圧の予測値が過給圧の目標値P0を大きく超えているか否かを判定する(ステップS5)。制御部44は、例えば、過給圧の予測値から過給圧の目標値P0を減算した偏差が第3閾値Th3を超えている場合には、過給圧の予測値が過給圧の目標値P0を大きく超えていると判定する。時刻t3においては、過給圧の予測値が過給圧の目標値P0を超えていないので(ステップS5で「No」)、制御部44は、次のステップS6に処理を進める。一方、過給圧の予測値が過給圧の目標値P0を大きく超えている場合には(ステップS5で「Yes」)、制御部44は、予測値を用いたフィードフォワード制御が失敗したと判断して、ステップS7に処理を進める。これにより、フィードフォワード制御が失敗したときには、すぐにフィードフォワード制御を終了させて、過給圧のオーバーシュートが発生することを抑制することができる。
Next, the
次に、制御部44は、過給圧の予測値が過給圧の目標値P0の近傍に達したか否かを判定する(ステップS6)。ここで、目標値P0の近傍とは、過給圧が少なくとも所定期間T0後においては目標値P0へ実質的に収束しているとみなせる目標値P0を中心とした2×第1閾値Th1の過給圧の範囲をいう。この第1閾値Th1は、前のステップS5の判定で用いられた第3閾値Th3よりも小さい値である。制御部44は、例えば、過給圧の目標値P0と予測値の偏差の絶対値が第1閾値Th1未満であるか否かを判定して、過給圧の予測値が過給圧の目標値P0の近傍に達したか否かを判定する。制御部44は、過給圧の予測値が過給圧の目標値P0の近傍に達するまで、ステップS3〜S6を繰り返す。
Next, the
時刻t4において、過給圧の予測値が過給圧の目標値P0の近傍に達すると、制御部44は、予測値を用いたフィードフォワード制御が成功したと判断する。
When the predicted value of the supercharging pressure reaches the vicinity of the target value P 0 of the supercharging pressure at time t 4 , the
次に、制御部44又は補正部46は、アクチュエータ26の駆動量を、過給圧の目標値P0に応じた第2駆動量D2に設定する(ステップS7)。ここで、第2駆動量D2とは、第1駆動量D1よりも小さい駆動量であって、この第2駆動量D2でアクチュエータ26を駆動し続ければ、やがて過給圧が目標値P0に収束するようなアクチュエータ26の駆動量である。過給圧の目標値P0とアクチュエータ26の第2駆動量D2との対応関係は、例えば記憶部41に予め記憶されたテーブルに規定されている。したがって、補正部46は、第2駆動量D2を、テーブルを参照して設定すればよい。
Next, the
時刻t5において、補正部46は、アクチュエータ26の駆動量が第2駆動量D2に設定されてから過給圧が減少に転じるまでの遅れ時間(t5−t4)を測定する(ステップS8)。過給圧が減少に転じた時刻t5は、例えば過給圧の測定値の時間変化の波形400の極大値に対応する時刻t5として求められる。
At time t 5 , the
次に、補正部46は、測定した遅れ時間(t5−t4)に基づいて、伝達関数の位相遅れの時定数T3を補正する(ステップS9)。遅れ時間(t5−t4)は伝達関数の時定数T3に比例する。したがって、その比例定数βを予め測定しておくことで、下式(13)に従って時定数T3が補正される。これにより、第1予測値の精度がより向上する。この際、複数回測定した遅れ時間(t5−t4)の平均値によって時定数T3が補正されてもよい。
時定数T3 = β×遅れ時間(t5−t4) (13)
Next, the correcting
Time constant T 3 = β × delay time (t 5 −t 4 ) (13)
次に、制御部44は、過給圧の測定値が、過給圧の目標値P0に追従するようにアクチュエータ26をフィードバック制御する(ステップS10)。
Next, the
以上のように、本実施形態の過給機の制御装置の予測部は、アクチュエータの駆動量を第1駆動量に設定したときの所定期間後における過給圧の予測値を、過給圧の測定値に基づいて算出する。そして、制御部は、過給圧の目標値と過給圧の予測値の偏差の絶対値が第1閾値未満となるまでは、第1駆動量でアクチュエータを駆動し、偏差の絶対値が第1閾値未満になったあとは、過給圧の測定値が過給圧の目標値に追従するようにアクチュエータを駆動する。 As described above, the prediction unit of the supercharger control device according to the present embodiment calculates the predicted value of the supercharging pressure after a predetermined period when the driving amount of the actuator is set to the first driving amount as the supercharging pressure. Calculate based on measured values. The control unit drives the actuator with the first drive amount until the absolute value of the deviation between the target value of the boost pressure and the predicted value of the boost pressure is less than the first threshold, and the absolute value of the deviation is the first value. After being less than one threshold, the actuator is driven so that the measured value of the supercharging pressure follows the target value of the supercharging pressure.
これにより、予測値に基づいて、過給機の過給圧が目標値へ収束するようにフィードフォワード制御されるため、過給圧の追従性と応答性が両立される。 As a result, the feedforward control is performed so that the supercharging pressure of the supercharger converges to the target value based on the predicted value, so that the followability and the responsiveness of the supercharging pressure are compatible.
上述の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as being limited thereto. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
2 過給機
4 制御装置
10 燃焼室
11 排気通路
12 吸気通路
13 スロットル
14 サージタンク
21 タービン
22 コンプレッサ
23 WGV(ウェイストゲートバルブ)
24 バイパス通路
25 過給圧測定器
26 アクチュエータ
41 記憶部
42 入力部
43 出力部
44 制御部
45 予測部
46 補正部
260 ダイヤフラム室
261 ダイヤフラム
262 VSV(Vacuum Switching Valve)
263 チャンバー
264 ロッド
265 負圧通路
2 Supercharger 4
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記タービンと連動して回転し、前記燃焼室へ供給される吸気を圧縮するコンプレッサと、
前記コンプレッサによって圧縮された吸気のサージタンクにおける過給圧を測定する過給圧測定器と、
前記タービンの上流側において排気の一部をバイパス通路へ逃がすウェイストゲートバルブの開度を調整するアクチュエータと、
を備えた過給機を制御する制御装置であって、
前記アクチュエータの駆動量を第1駆動量に設定したときの所定期間後における前記過給圧の予測値を、前記過給圧の測定値に基づいて算出する予測部と、
前記過給圧の目標値と前記過給圧の予測値の偏差の絶対値が第1閾値未満となるまでは、前記第1駆動量で前記アクチュエータを駆動し、前記偏差の絶対値が前記第1閾値未満になったあとは、前記過給圧の測定値が前記過給圧の目標値に追従するように前記アクチュエータを駆動する制御部と、
を有する過給機の制御装置。 A turbine that is rotated by driving force generated by exhaust discharged from the combustion chamber of the engine;
A compressor that rotates in conjunction with the turbine and compresses the intake air supplied to the combustion chamber;
A supercharging pressure measuring device for measuring a supercharging pressure in a surge tank of intake air compressed by the compressor;
An actuator for adjusting the opening degree of a waste gate valve for allowing a part of the exhaust to escape to the bypass passage on the upstream side of the turbine;
A control device for controlling a turbocharger comprising:
A prediction unit that calculates a predicted value of the supercharging pressure after a predetermined period when the driving amount of the actuator is set to the first driving amount, based on the measured value of the supercharging pressure;
The actuator is driven with the first driving amount until the absolute value of the deviation between the target value of the supercharging pressure and the predicted value of the supercharging pressure is less than a first threshold, and the absolute value of the deviation is the first value. A control unit that drives the actuator so that the measured value of the supercharging pressure follows the target value of the supercharging pressure after being less than one threshold;
A supercharger control device.
前記予測部は、前記アクチュエータの駆動量及び前記過給圧の測定値を前記伝達関数に入力して得られる前記所定期間後における前記過給圧を第1予測値として算出し、前記第1予測値に基づいて前記過給圧の予測値を算出する、
請求項1に記載の過給機の制御装置。 A storage unit that stores a transfer function that models a time response of the supercharging pressure when the drive amount of the actuator is changed;
The prediction unit calculates, as the first prediction value, the supercharging pressure after the predetermined period obtained by inputting the drive amount of the actuator and the measured value of the supercharging pressure to the transfer function. Calculating a predicted value of the supercharging pressure based on the value;
The supercharger control device according to claim 1.
請求項2に記載の過給機の制御装置。 The predetermined period is a time constant of the phase delay of the transfer function.
The supercharger control device according to claim 2.
請求項3に記載の過給機の制御装置。 When the absolute value of the deviation is less than the first threshold, the drive amount of the actuator is set to a second drive amount that is smaller than the first drive amount and corresponds to the target value of the supercharging pressure. And then a correction unit that corrects the time constant of the phase delay of the transfer function based on the time until the measured value of the supercharging pressure starts to decrease,
The supercharger control device according to claim 3.
前記予測部は、前記第1予測値と前記第2予測値の加重平均を前記過給圧の予測値として用いる、
請求項2から4のいずれか一項に記載の制御装置。 The prediction unit calculates the boost pressure after the predetermined period as a second predicted value by linear prediction based on the measured values of the boost pressure measured at a plurality of past times.
The prediction unit uses a weighted average of the first predicted value and the second predicted value as a predicted value of the supercharging pressure.
The control device according to any one of claims 2 to 4.
請求項1から3のいずれか一項に記載の制御装置。 The control unit obtains a time-change waveform of the measured value of the boost pressure based on the measured value of the boost pressure measured at a plurality of past times, and the absolute value of the second-order differential component of the waveform is If the second threshold value or more, the drive amount of the actuator is set to a second drive amount that is smaller than the first drive amount and that corresponds to the target value of the supercharging pressure;
The control device according to any one of claims 1 to 3.
請求項6に記載の制御装置。 The control unit sets the drive amount of the actuator to the second drive amount when a deviation obtained by subtracting the target value of the boost pressure from the predicted value of the boost pressure exceeds a third threshold value. ,
The control device according to claim 6.
請求項1から7のいずれか一項に記載の制御装置。 The first drive amount is a drive amount of the actuator that causes the waste gate valve to be closed.
The control device according to any one of claims 1 to 7.
前記制御部は、前記VSVを制御して前記ウェイストゲートバルブの開度を調整する
請求項1から8のいずれか一項に記載の制御装置。 The actuator has a VSV that controls a pressure acting on a diaphragm interlocked with the waste gate valve by opening and closing a passage that bypasses the upstream side and the downstream side of the compressor,
The control device according to any one of claims 1 to 8, wherein the control unit controls the VSV to adjust an opening degree of the waste gate valve.
前記タービンと連動して回転し、前記燃焼室へ供給される吸気を圧縮するコンプレッサと、
前記コンプレッサによって圧縮された吸気のサージタンクにおける過給圧を測定する過給圧測定器と、
前記タービンの上流側において排気の一部をバイパス通路へ逃がすウェイストゲートバルブの開度を調整するアクチュエータと、
を備えた過給機の制御方法であって、
前記アクチュエータの駆動量を第1駆動量に設定したときの所定期間後における前記過給圧の予測値を、前記過給圧の測定値に基づいて算出する予測ステップと、
前記過給圧の目標値と前記過給圧の予測値の偏差の絶対値が第1閾値未満となるまでは、前記第1駆動量で前記アクチュエータを駆動し、前記偏差の絶対値が前記第1閾値未満になったあとは、前記過給圧の測定値が前記過給圧の目標値に追従するように前記アクチュエータを駆動する制御ステップと、
を有する過給機の制御方法。 A turbine that is rotated by driving force generated by exhaust discharged from the combustion chamber of the engine;
A compressor that rotates in conjunction with the turbine and compresses the intake air supplied to the combustion chamber;
A supercharging pressure measuring device for measuring a supercharging pressure in a surge tank of intake air compressed by the compressor;
An actuator for adjusting the opening degree of a waste gate valve for allowing a part of the exhaust to escape to the bypass passage on the upstream side of the turbine;
A method of controlling a turbocharger comprising:
A prediction step of calculating a predicted value of the supercharging pressure after a predetermined period when the driving amount of the actuator is set to the first driving amount based on the measured value of the supercharging pressure;
The actuator is driven with the first driving amount until the absolute value of the deviation between the target value of the supercharging pressure and the predicted value of the supercharging pressure is less than a first threshold, and the absolute value of the deviation is the first value. A control step of driving the actuator so that the measured value of the supercharging pressure follows the target value of the supercharging pressure after being less than one threshold;
A method for controlling a supercharger.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018081592A JP2019190313A (en) | 2018-04-20 | 2018-04-20 | Control device of supercharger and control method of supercharger |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018081592A JP2019190313A (en) | 2018-04-20 | 2018-04-20 | Control device of supercharger and control method of supercharger |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019190313A true JP2019190313A (en) | 2019-10-31 |
Family
ID=68389563
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018081592A Pending JP2019190313A (en) | 2018-04-20 | 2018-04-20 | Control device of supercharger and control method of supercharger |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019190313A (en) |
-
2018
- 2018-04-20 JP JP2018081592A patent/JP2019190313A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4848086A (en) | Boost pressure control method for a supercharged internal combustion engine | |
JP5155911B2 (en) | Supercharging pressure control device for internal combustion engine | |
JP6403882B2 (en) | Control device for internal combustion engine | |
US9816447B2 (en) | Methods and systems for surge control | |
JP2014218900A (en) | Waist gate valve control device of internal combustion engine and waist gage valve control method of internal combustion engine | |
JP5053221B2 (en) | Supercharging pressure control device for internal combustion engine | |
JP2006291764A (en) | Control device | |
JPH02176117A (en) | Supercharging pressure control device | |
US8666636B2 (en) | Control apparatus for internal combustion engine with supercharger | |
JP2018189051A (en) | Control device of internal combustion engine with supercharger | |
JP2015129488A (en) | Internal combustion engine controller | |
US10876468B2 (en) | Method for controlling a turbocharging system | |
US20180038273A1 (en) | Control device for internal combustion engine | |
JP6141959B2 (en) | Variable capacity turbine vane control system with learning and linearization | |
JP2019190313A (en) | Control device of supercharger and control method of supercharger | |
WO2015178255A1 (en) | Internal-combustion-engine control device | |
JP2009299509A (en) | Fuel supply control device | |
JP2011111966A (en) | Control device | |
JP2018063586A (en) | Plant controller | |
RU2708665C1 (en) | Power plant control system | |
JPH0476224A (en) | Supercharging pressure control method for turbocharger | |
JP2011043150A (en) | Control device | |
US20060081799A1 (en) | Method and device for triggering an actuator in a mass-flow line | |
CN110094261A (en) | Device and method for the compressor for internal combustion engine to be adjusted | |
JP2011043153A (en) | Control device |