JP4306703B2 - Control device for an internal combustion engine with a supercharger - Google Patents
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Description
この発明は、過給機付き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 with a supercharger.
従来、例えば特許文献1には、ターボ過給機を備える内燃機関の制御装置が開示されている。この従来の制御装置は、コンプレッサ前後の圧力比とコンプレッサ通過空気流量との関係、或いは、当該圧力比とエンジン回転数との関係に基づいて、ターボ過給機のコンプレッサのサージ判定を行うようにしている。 Conventionally, for example, Patent Document 1 discloses a control device for an internal combustion engine including a turbocharger. This conventional control device makes a surge judgment of the compressor of the turbocharger based on the relationship between the pressure ratio before and after the compressor and the flow rate of air passing through the compressor, or the relationship between the pressure ratio and the engine speed. ing.
内燃機関の吸気管圧力は、常に大きく変動(脈動)している。コンプレッサ前後の圧力比を用いた上記従来技術の手法では、そのような吸気系の脈動の影響を受けるため、正確な圧力比を算出するまでに時間を要してしまう。従って、素早く正確なサージ判定を行うことが困難であった。一方、効率の良い過給を実現するうえでは、コンプレッサをサージ限界近傍の作動領域で制御することが望ましい。しかしながら、上記従来の手法では、サージを精度良く回避しつつ、コンプレッサをサージ限界近傍の作動領域で制御するという点において、未だ改良の余地を残すものであった。 The intake pipe pressure of an internal combustion engine constantly fluctuates (pulsates). The above-described conventional technique using the pressure ratio before and after the compressor is affected by such pulsation of the intake system, and thus it takes time to calculate an accurate pressure ratio. Therefore, it is difficult to make a quick and accurate surge determination. On the other hand, in order to achieve efficient supercharging, it is desirable to control the compressor in the operating region near the surge limit. However, the above-described conventional method still leaves room for improvement in that the compressor is controlled in the operating region near the surge limit while the surge is accurately avoided.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、サージを精度良く回避しつつ、コンプレッサをサージ限界近傍の高効率な作動領域で制御し得る過給機付き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 to solve the above-described problems, and controls an internal combustion engine with a supercharger that can control a compressor in a highly efficient operation region near the surge limit while accurately avoiding a surge. An object is to provide an apparatus.
第1の発明は、遠心式コンプレッサを備える過給機と、
前記遠心式コンプレッサのコンプレッサ回転数を取得する回転数取得手段と、
前記遠心式コンプレッサの作動特性と相関のある内燃機関の運転パラメータであって、吸気管圧力に比して変動の少ない前記運転パラメータを取得する運転パラメータ取得手段と、
前記運転パラメータに基づいて、サージ限界コンプレッサ回転数を取得する限界回転数取得手段と、
前記サージ限界コンプレッサ回転数と、前記コンプレッサ回転数とに基づいて、コンプレッサ回転数を制御するコンプレッサ制御手段と、
を備え、
前記運転パラメータは、エンジン回転数であり、
前記限界回転数取得手段は、エンジン回転数に加え、内燃機関の吸気効率に基づいて、前記サージ限界コンプレッサ回転数を取得することを特徴とする。
A first invention is a supercharger comprising a centrifugal compressor;
A rotational speed acquisition means for acquiring a compressor rotational speed of the centrifugal compressor;
Operating parameter acquisition means for acquiring the operating parameter of the internal combustion engine correlated with the operating characteristics of the centrifugal compressor and having less fluctuation than the intake pipe pressure;
Based on the operating parameters, limit rotational speed acquisition means for acquiring a surge limit compressor rotational speed,
Compressor control means for controlling the compressor speed based on the surge limit compressor speed and the compressor speed;
Equipped with a,
The operating parameter is engine speed,
The limit speed obtaining means, in addition to the engine speed, based on the intake efficiency of the internal combustion engine, characterized that you get the rotational speed the surge limit compressor.
また、第2の発明は、第1の発明において、前記コンプレッサ制御手段は、
内燃機関の運転条件に基づいて、前記遠心式コンプレッサの目標コンプレッサ回転数を取得する目標回転数取得手段と、
当該目標コンプレッサ回転数がサージ限界コンプレッサ回転数以下となるように制限する目標回転数制限手段と、を更に備えることを特徴とする。
In a second aspect based on the first aspect, the compressor control means comprises:
Target rotational speed acquisition means for acquiring a target compressor rotational speed of the centrifugal compressor based on operating conditions of the internal combustion engine;
It further comprises target rotation speed limiting means for limiting the target compressor rotation speed to be equal to or less than the surge limit compressor rotation speed.
また、第3の発明は、第2の発明において、前記遠心式コンプレッサを駆動する電動モータを更に備え、
前記コンプレッサ制御手段は、内燃機関の運転を制御するエンジン制御装置とは別に設けられ、前記電動モータの回転数を制御するモータ制御装置を更に備え、
前記コンプレッサ制御手段は、前記目標回転数取得手段および前記目標回転数制限手段をエンジン制御装置内に備え、
前記モータ制御装置は、前記エンジン制御装置から与えられる前記目標コンプレッサ回転数と現状の前記コンプレッサ回転数との差がなくなるように、前記電動モータを制御することを特徴とする。
The third invention further comprises an electric motor for driving the centrifugal compressor in the second invention,
The compressor control means is provided separately from an engine control device that controls the operation of the internal combustion engine, and further includes a motor control device that controls the rotation speed of the electric motor,
The compressor control means includes the target rotation speed acquisition means and the target rotation speed limit means in an engine control device,
The motor control device controls the electric motor so that there is no difference between the target compressor rotation speed given from the engine control device and the current compressor rotation speed.
第1の発明によれば、比較的変動の少ない運転パラメータに基づいて、正確かつ迅速にサージ限界コンプレッサ回転数が取得される。そして、そのサージ限界コンプレッサ回転数に基づいて、コンプレッサの回転数が制御される。また、本発明によれば、エンジン回転数に基づいて、サージ限界コンプレッサ回転数を正確かつ迅速に取得することができる。更に、本発明によれば、吸気効率に影響を与えるアクチュエータを備える過給機付き内燃機関において、当該アクチュエータの駆動に伴う吸気効率の変化をサージ限界コンプレッサ回転数に反映させることができる。このため、本発明によれば、内燃機関がそのようなアクチュエータを備える場合に、サージを精度良く回避しつつ、コンプレッサをサージ限界近傍の高効率な作動領域で制御することが可能となる。 According to the first aspect of the invention, the surge limit compressor rotation speed is acquired accurately and quickly based on the operation parameter with relatively little fluctuation. Then, based on the surge limit compressor rotation speed, the rotation speed of the compressor is controlled. Further, according to the present invention, the surge limit compressor rotational speed can be acquired accurately and quickly based on the engine rotational speed. Furthermore, according to the present invention, in a supercharged internal combustion engine that includes an actuator that affects intake efficiency, a change in intake efficiency associated with driving of the actuator can be reflected in the surge limit compressor speed. Therefore, according to the present invention, when the internal combustion engine includes such an actuator, it is possible to control the compressor in a highly efficient operation region near the surge limit while accurately avoiding the surge.
第2の発明によれば、上記のように正確かつ迅速に取得されたサージ限界コンプレッサ回転数以下となるように、目標コンプレッサ回転数が制御されることにより、サージを精度良く回避しつつ、コンプレッサをサージ限界近傍の高効率な作動領域で制御することが可能となる。 According to the second aspect of the present invention, the target compressor rotation speed is controlled so as to be equal to or less than the surge limit compressor rotation speed acquired accurately and quickly as described above, so that the compressor can be avoided while accurately avoiding the surge. Can be controlled in a highly efficient operating region near the surge limit.
第3の発明によれば、モータ制御装置によって回転数制御される電動モータに対して、エンジン制御装置から目標コンプレッサ回転数を与えるだけで、複雑なフィードバック回路などを別途備える必要ない。このように、本発明によれば、電動モータの制御系の構成を簡素化しながら、サージを精度良く回避できる過給制御を実現することができる。 According to the third aspect of the invention, it is not necessary to separately provide a complicated feedback circuit or the like simply by giving the target compressor rotational speed from the engine control device to the electric motor whose rotational speed is controlled by the motor control device. As described above, according to the present invention, it is possible to realize supercharging control capable of avoiding surge with high accuracy while simplifying the configuration of the control system of the electric motor.
実施の形態1.
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1の構成を説明するための概略構成図である。図1に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関10を備えている。内燃機関10の吸気系は、吸気マニホールド12と、吸気マニホールド12に接続される吸気管(吸気通路)14とを備えている。空気は大気中から吸気管14に取り込まれ、吸気マニホールド12を介して各気筒の燃焼室に分配される。
Embodiment 1 FIG.
[Description of system configuration]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining the configuration of the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the system of the present embodiment includes an
吸気管14の入口には、エアクリーナ16が取り付けられている。エアクリーナ16の下流近傍には、吸気管14に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ18が設けられている。また、吸気マニホールド12の上流には、スロットルバルブ20が設けられている。スロットルバルブ20の上流には、圧縮された空気を冷却するインタークーラ22が設けられている。インタークーラ22の下流には、吸気管14内の圧力に応じた信号を出力する過給圧センサ24が配置されている。
An
エアフローメータ18からスロットルバルブ20に至る吸気管14の途中には、電動モータ付きターボ過給機(モータアシストターボ過給機、以下、MATという)26が設けられている。MAT26は、遠心式のコンプレッサ26a、タービン26b、そして、コンプレッサ26aとタービン26bとの間に配置される電動モータ28から構成されている。電動モータ28は、ここでは、交流モータが用いられているものとする。コンプレッサ26aとタービン26bとは連結軸によって一体に連結され、コンプレッサ26aはタービン26bに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動される。連結軸は電動モータ28のロータにもなっており、電動モータ28を作動させることで、コンプレッサ26aを強制駆動することもできる。また、連結軸には、コンプレッサ26aの回転数(=ターボ回転数=モータ回転数)に応じた信号を出力するターボ回転数センサ30が取り付けられている。尚、MAT26におけるターボ回転数は、電動モータ28のモータ回転数と同じであるため、ターボ回転数センサ30によらずに、電動モータ28に与えられる電流に基づいて検知されるようにしてもよい。
In the middle of the
コンプレッサ26aからインタークーラ22に至る吸気管14の途中には、吸気バイパス管32の一端が接続されている。吸気バイパス管32の他端は、コンプレッサ26aの上流側に接続されている。吸気バイパス管32の途中には、吸気バイパス管32を流れる空気の流量を制御するためのバイパスバルブ34が配置されている。バイパスバルブ34を操作して吸気バイパス管32の入口を開くことで、コンプレッサ26aにより圧縮された空気の一部は再びコンプレッサ26aの入口側に戻される。ターボ過給機26のサージが生じ易い運転状態のときに、コンプレッサ26aを出た空気の一部を、吸気バイパス管32を通してコンプレッサ26aの入口側に戻すことにより、サージを防止することができる。
One end of an
コンプレッサ26aの上流には、吸気管14内の圧力に応じた信号を出力する吸気圧センサ36と、コンプレッサ26aの入口空気温度に応じた信号を出力する吸気温度センサ37とが配置されている。
An
内燃機関10の排気系は、排気マニホールド38と、排気マニホールド38に接続される排気管40とを備えている。内燃機関10の各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド38に集められ、排気マニホールド38を介して排気管40へ排出される。
The exhaust system of the
また、排気管40には、タービン26bをバイパスしてタービン26bの入口側と出口側とを接続する排気バイパス通路42が接続されている。排気バイパス通路42の途中には、電動式のウエストゲートバルブ44が配置されている。ウエストゲートバルブ44は、過給圧センサ24により検出される吸入空気の過給圧に基づいて開閉される。尚、ウエストゲートバルブは、電動式に限らず、圧力差を利用する調圧式のバルブであってもよい。
The
また、図1に示すシステムは、各気筒の吸気弁および排気弁をそれぞれ駆動するための吸気可変動弁機構46および排気可変動弁機構48をそれぞれ備えている。これらの可変動弁機構46、48は、吸気弁および排気弁の開閉時期を制御するためのVVT機構を備えているものとする。
Further, the system shown in FIG. 1 includes an intake
内燃機関10の制御系は、ECU(Electronic Control Unit)50と、モータコントローラ52とを備えている。内燃機関10の最高回転数は、約毎分6千回転であるのに対し、ターボ過給機26の最高回転数は、毎分20万回転程度に及び、非常に高速である。このため、モータコントローラ52は、他のエンジン制御に比して高速処理が必要とされる。従って、エンジンECU50と別個に備えられている。モータコントローラ52は、ECU50からの指令に基づいて、回転数ベースの制御で、電動モータ28への通電状態を制御する。電動モータ28への電力は、バッテリ54から供給される。ECU50は、図1に示すシステム全体を総合制御する制御装置である。
The control system of the
ECU50の出力側には、モータコントローラ52の他、スロットルバルブ20、バイパスバルブ34等のアクチュエータに加え、各気筒に燃料を供給するための燃料噴射弁56が接続されている。また、ECU50の入力側には、エアフローメータ18、および過給圧センサ24の他、エンジン回転数NEを検出するためのクランク角センサ58、アクセル開度を検出するためのアクセルポジションセンサ60等の種々のセンサ類が接続されている。また、モータコントローラ52には、ターボ回転数センサ30が接続されている。ECU50には、これらの機器やセンサ以外にも複数の機器やセンサが接続されているが、ここではその説明は省略する。ECU50は、各センサの出力に基づき、所定の制御プログラムにしたがって各機器を駆動するようになっている。
On the output side of the
[本実施形態の電動モータの制御系]
図2は、MAT26が備える電動モータ28の制御系を説明するためのブロック図である。交流モータである電動モータ28は、図2に示すように、エンジンECU50およびモータコントローラ52からの指令に基づいて駆動されるものである。エンジンECU50では、アクセル開度やエンジン回転数などの内燃機関10の運転条件となるパラメータに従って、電動モータ28の目標ターボ回転数が算出される。基本的には、ここで算出される目標ターボ回転数がエンジンECU50からモータコントローラ52に出力される。そして、モータコントローラ52内において、当該目標ターボ回転数と、ターボ回転数センサ30により検出される現状のターボ回転数との偏差がゼロに近づくように、モータ制御回転数が算出され、当該モータ制御回転数となるように、電動モータ28に与えるモータ電流が制御される。
[Control system of electric motor of this embodiment]
FIG. 2 is a block diagram for explaining a control system of the
また、本実施形態のエンジンECU50は、図3および図4を用いて後述するサージマップに従って、コンプレッサ通過空気量との関係でサージ限界ターボ回転数(サージ限界コンプレッサ回転数)を算出する。そして、エンジンECU50は、図2に示すように、このサージ限界ターボ回転数と上記の目標ターボ回転数のうちのいずれか小さい方の値を、最終的な目標ターボ回転数として、モータコントローラ52に出力するようにしている。
Further, the
以上説明したエンジンECU50とモータコントローラ52との関係を整理すると、エンジンECU50では、電動モータ28に与える目標ターボ回転数の算出と、その目標ターボ回転数のモータコントローラ52への指令とが行われる。そして、モータコントローラ52では、エンジンECU50から受け取った目標ターボ回転数(サージ限界ターボ回転数である場合を含む)を基に、PID制御を用いたターボ回転数のフィードバック制御によって、電動モータ28に与えるモータ電流の制御が行われる。
When the relationship between the
[本実施形態の電動モータ(交流モータ)の制御手法]
図3は、コンプレッサ26aの入口圧力に対する出口圧力の圧力比と、コンプレッサ通過空気量との関係を示す図である。図3中に太線で示す曲線は、サージラインを表しており、図3において、サージラインより左側のハッチングを付した領域がサージ領域に対応している。すなわち、サージは、コンプレッサ26aの圧力比が大きく、コンプレッサ通過空気量が少ない状況下で発生し易くなる。
[Control method of electric motor (AC motor) of this embodiment]
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the pressure ratio of the outlet pressure to the inlet pressure of the
図3には、等ターボ回転数ラインが表されている。図3に示すように、ターボ回転数が一定の場合には、コンプレッサ通過空気量が少なくなるほどサージ領域に近づいていく。また、ターボ回転数と圧力比との間には、圧力比が高くなるほどターボ回転数が高くなるという関係がある。このような図3に示す関係によれば、内燃機関10の運転パラメータの1つであるコンプレッサ通過空気量が分かれば、サージラインに達するターボ回転数、すなわち、サージ限界ターボ回転数を把握することができる。
FIG. 3 shows an equal turbo rotation speed line. As shown in FIG. 3, when the turbo rotational speed is constant, the surge region approaches the smaller the amount of air passing through the compressor. Further, there is a relationship between the turbo rotation speed and the pressure ratio that the higher the pressure ratio, the higher the turbo rotation speed. According to the relationship shown in FIG. 3, if the amount of air passing through the compressor, which is one of the operating parameters of the
図4は、そのようなコンプレッサ通過空気量とサージ限界ターボ回転数との関係を直接的に表した図である。図4に示すように、サージ限界ターボ回転数は、コンプレッサ通過空気量が多くなるほど高くなるという傾向を有している。図4に示す関係をサージマップとしてECU50に記憶させておけば、エアフローメータ18によって計測されるコンプレッサ通過空気量を取得することで、サージ限界ターボ回転数を取得することができる。
FIG. 4 is a diagram directly representing the relationship between the amount of air passing through the compressor and the surge limit turbo rotational speed. As shown in FIG. 4, the surge limit turbo rotational speed tends to increase as the amount of air passing through the compressor increases. If the relationship shown in FIG. 4 is stored in the
効率の良い過給を実現するうえでは、コンプレッサ26aをサージライン近傍で制御することが望ましい。そこで、本実施形態では、上記図4に示すサージマップに基づいて算出されたサージ限界ターボ回転数と、現状のターボ回転数とに基づいて、MAT26の電動モータ28を制御するようにした。より具体的には、上記のように算出されるサージ限界ターボ回転数を越えない範囲内で、電動モータ28の目標ターボ回転数を制御するようにした。
In order to achieve efficient supercharging, it is desirable to control the
[実施の形態1における具体的処理]
図5は、上記の機能を実現するために、本実施の形態1においてECU50が実行するルーチンのフローチャートである。図5に示すルーチンでは、先ず、アクセルポジションセンサ60およびクランク角センサ58の出力に基づいて、現在のアクセル開度とエンジン回転数とが取得され、それらに基づいて、電動モータ28の目標ターボ回転数が算出される(ステップ100)。
[Specific Processing in Embodiment 1]
FIG. 5 is a flowchart of a routine executed by the
次に、エアフローメータ18によりコンプレッサ通過空気量が計測され(ステップ102)、次いで、ターボ回転数センサ30によりターボ回転数が計測される(ステップ104)。 Next, the amount of air passing through the compressor is measured by the air flow meter 18 (step 102), and then the turbo speed is measured by the turbo speed sensor 30 (step 104).
次に、サージマップと、上記ステップ102において取得されたコンプレッサ通過空気量とに基づいて、サージ限界ターボ回転数が算出される(ステップ106)。ECU50は、サージ限界ターボ回転数を取得するためのサージマップとして、上記図4に示すような関係を記憶している。このようなサージマップは、予め実験等によって定められるものである。
Next, the surge limit turbo rotational speed is calculated based on the surge map and the compressor passing air amount acquired in step 102 (step 106). The
次に、上記ステップ106において取得されたサージ限界ターボ回転数が、上記ステップ100において算出された目標ターボ回転数より大きいか否かが判別される(ステップ108)。その結果、サージ限界ターボ回転数>目標ターボ回転数が成立する場合には、現時点の目標ターボ回転数が未だサージ限界に達していないと判断することができる。このため、上記ステップ100において算出された目標ターボ回転数がそのまま使用される。
Next, it is determined whether or not the surge limit turbo rotational speed acquired in
一方、上記ステップ108において、サージ限界ターボ回転数>目標ターボ回転数が成立しないと判定された場合には、コンプレッサ26aの作動点がサージ領域に入ってしまうのを回避すべく、目標ターボ回転数が上記ステップ100において算出された値から上記ステップ106において算出されたサージ限界ターボ回転数に置き換えられる(ステップ110)。
On the other hand, if it is determined in
以上説明した図5に示すルーチンによれば、コンプレッサ通過空気量に基づいて、正確かつ迅速にサージ限界ターボ回転数が取得され、電動モータ28の目標ターボ回転数がサージ限界ターボ回転数を越えない範囲内で制御されるようになる。そして、図2に示すブロック図を参照して説明したように、モータコントローラ52によって、そのようなサージ限界内に抑えられた目標ターボ回転数となるように、現状のターボ回転数を用いたターボ回転数のフィードバック制御によって、モータの回転数、すなわち、ターボ回転数が制御される。このため、本実施形態の手法によれば、サージを精度良く回避しつつ、コンプレッサ26aをサージ限界近傍の高効率な作動領域で制御することが可能となる。
According to the routine shown in FIG. 5 described above, the surge limit turbo rotation speed is acquired accurately and quickly based on the compressor passing air amount, and the target turbo rotation speed of the
以上説明した本実施形態の手法とは異なり、過給圧ベースで電動モータ28を制御するという手法も知られている。より具体的には、エンジンECUが、コンプレッサ通過空気量とターボ回転数との関係からサージ限界となる圧力比を算出し、そのサージ限界圧力比から過給圧の限界圧力を算出する。次いで、その限界圧力と現状の過給圧との差に基づいて、電動モータのモータ出力の目標値を算出する。次いで、エンジンECUが算出したモータ出力の目標値をモータコントローラに出力する。モータコントローラは、そのモータ出力の目標値と現状のモータ出力値との差がゼロに近づくように、所定の目標ターボ回転数(モータ回転数)を定める。そして、その目標ターボ回転数と現状のターボ回転数との差がゼロとなるように、モータ電流を制御するという手法である。
Unlike the method of the present embodiment described above, a method of controlling the
上記のような従来の手法のように圧力比をパラメータとして用いる場合には、吸気管圧力は吸気系の脈動の影響を受けるため、そのような変動の大きい吸気管圧力に基づいて正確な圧力比を算出するまでに一定時間(数百ミリ秒)を要してしまう。このように、過給圧を用いると、制御の遅れや計測値のばらつきが大きく、迅速かつ正確にサージ判定を行うことが困難である。そして、その結果として、サージを確実に回避するためには、サージラインに対して所定の余裕代を持たせて過給機を作動させる必要が生ずる。そのようなサージへの余裕代を設けることとすれば、サージライン近傍で効率の良い過給を実現することができなくなる。
また、上記従来の手法を用いることとすれば、エンジンECU内に、過給圧のフィードバック回路が必要となる。そして、交流モータは回転数制御されるものであるにも関わらず、モータコントローラ内に、ターボ回転数のフィードバック回路に加えて、モータ出力のフィードバック回路を加える必要が生ずる。
When the pressure ratio is used as a parameter as in the conventional method as described above, since the intake pipe pressure is affected by the pulsation of the intake system, an accurate pressure ratio is based on the intake pipe pressure having a large fluctuation. It takes a certain time (several hundred milliseconds) to calculate. As described above, when the supercharging pressure is used, a delay in control and a variation in measurement values are large, and it is difficult to make a surge determination quickly and accurately. As a result, in order to reliably avoid the surge, it is necessary to operate the turbocharger with a predetermined margin for the surge line. If such a margin for the surge is provided, efficient supercharging cannot be realized in the vicinity of the surge line.
If the conventional method is used, a boost pressure feedback circuit is required in the engine ECU. In spite of the fact that the rotational speed of the AC motor is controlled, it is necessary to add a feedback circuit for the motor output in the motor controller in addition to the feedback circuit for the turbo rotational speed.
これに対し、ターボ回転数(モータ回転数)ベースの制御となる本実施形態の手法では、リアルタイムで計測する必要のあるパラメータは、コンプレッサ通過空気量とターボ回転数となる。コンプレッサ通過空気量は脈動の影響をほとんど受けることのない吸気管14の入口付近で計測されるため、比較的短時間で正確な値を得ることができる。そして、交流モータである電動モータ28を回転数制御しようとするモータコントローラ52に対して、上記ステップ108〜110の処理で示したように、サージ限界を考慮した目標ターボ回転数を与えることとしているため、上記従来の手法が有するような過給圧やモータ出力のフィードバック回路を電動モータ28の制御系に備えておく必要がない。従って、本実施形態の手法によれば、電動モータ28の制御系の構成を簡素化しながら、サージを精度良く回避できる過給制御を実現することができる。
On the other hand, in the method of the present embodiment, which is based on control of the turbo rotation speed (motor rotation speed), the parameters that need to be measured in real time are the compressor passing air amount and the turbo rotation speed. Since the amount of air passing through the compressor is measured in the vicinity of the inlet of the
ところで、上述した実施の形態1においては、サージ回避のために、エアフローメータ18により計測されたコンプレッサ通過空気量およびターボ回転数センサ30により計測された現状のターボ回転数をそれぞれ直接的に用いるようにしている。しかしながら、サージを更に確実に回避するためには、以下の図6および図7を参照して説明する手法によって目標ターボ回転数を制御するようにしてもよい。
By the way, in Embodiment 1 mentioned above, in order to avoid a surge, the compressor passing air amount measured by the
図6は、そのような目標ターボ回転数制御の変形例を実現するために、ECU50が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図6において、図5に示すステップと同一のステップには、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
図6に示すルーチンでは、先ず、吸気温度センサ37および吸気圧センサ36のそれぞれの出力に基づいて、吸気温度および吸気圧力がそれぞれ計測される(ステップ200)。
FIG. 6 is a flowchart of a routine executed by the
In the routine shown in FIG. 6, first, the intake air temperature and the intake air pressure are measured based on the outputs of the intake
次に、コンプレッサ通過空気量およびターボ回転数が計測(ステップ102および104)された後、吸気温度および吸気圧力に基づいて、上記ステップ102および104で取得されたコンプレッサ通過空気量およびターボ回転数がそれぞれ修正される(ステップ202)。具体的には、次式に従って修正される。
修正空気量=コンプレッサ通過空気量×√θ/δ
修正ターボ回転数=ターボ回転数/√θ
但し、上記の各式において、θは、吸気温度/基準温度(例えば293.15K)、δは、吸気圧力/基準圧力(例えば101.325kPa abs(絶対圧))
Next, after the compressor passing air amount and the turbo rotational speed are measured (
Corrected air volume = Compressor air volume x √θ / δ
Modified turbo speed = turbo speed / √θ
In the above equations, θ is the intake air temperature / reference temperature (for example, 293.15K), and δ is the intake air pressure / reference pressure (for example, 101.325 kPa abs (absolute pressure)).
次に、図7に示すサージマップと、上記ステップ202において取得された修正空気量とに基づいて、サージ限界ターボ回転数が算出される(ステップ204)。図7は、修正空気量に基づいてサージ限界ターボ回転数を取得するために、ECU50が記憶しているサージマップである。図7に示すマップは、コンプレッサ通過空気量が修正空気量に変更された点を除き、上述した図4に示すマップと同様のものである。
Next, the surge limit turbo rotation speed is calculated based on the surge map shown in FIG. 7 and the corrected air amount acquired in step 202 (step 204). FIG. 7 is a surge map stored in the
次に、上記ステップ204において取得されたサージ限界ターボ回転数と、上記ステップ202において取得された修正ターボ回転数との比較が実行される(ステップ206)。その結果、サージ限界ターボ回転数>修正ターボ回転数が成立すると判定された場合には、現時点の目標ターボ回転数が未だサージ限界に達していないと判断することができる。そこで、この場合には、修正ターボ回転数が目標ターボ回転数として使用される(ステップ208)。
Next, a comparison is made between the surge limit turbo rotational speed acquired in
一方、上記ステップ206において、サージ限界ターボ回転数>修正ターボ回転数が成立しないと判定された場合には、コンプレッサ26aの作動点がサージ領域に入ってしまうのを回避すべく、サージ限界ターボ回転数が目標ターボ回転数として使用される(ステップ110)。
On the other hand, if it is determined in
以上説明した図6に示すルーチンによれば、サージ限界ターボ回転数の算出精度を上記図5に示す手法に比して更に向上させることができるので、それを用いて、サージを更に精度良く回避しつつ、コンプレッサ26aをサージ限界近傍の高効率な作動領域で制御することが可能となる。
According to the routine shown in FIG. 6 described above, the calculation accuracy of the surge limit turbo rotational speed can be further improved as compared with the method shown in FIG. 5, so that surge can be avoided with higher accuracy. However, the
尚、上述した実施の形態1においては、ECU50が、上記ステップ104の処理を実行することにより前記第1の発明における「回転数取得手段」が、上記ステップ102の処理を実行することにより前記第1の発明における「運転パラメータ取得手段」が、上記ステップ106の処理を実行することにより前記第1の発明における「限界回転数取得手段」が、上記ステップ108および110の処理を実行することにより前記第1の発明における「コンプレッサ制御手段」が、それぞれ実現されている。
また、ECU50が、上記ステップ100の処理を実行することにより前記第2の発明における「目標回転数取得手段」が、上記ステップ108の判定が不成立の場合に上記ステップ110の処理を実行することにより前記第2の発明における「目標回転数制限手段」が、それぞれ実現されている。
また、エンジンECU50が前記第3の発明における「エンジン制御装置」に、モータコントローラ52が前記第3の発明における「モータ制御装置」に、それぞれ相当している。
In the first embodiment described above, the
Further, when the
The
実施の形態2.
次に、図8を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
本実施形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU50に、図5に示すルーチンに類似するルーチンを実行させることにより実現することができる。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The system of the present embodiment can be realized by causing the
[実施の形態2の特徴]
図8は、本実施の形態2において用いられるサージマップを表した図である。上述した実施の形態1においては、サージ限界ターボ回転数を、コンプレッサ通過空気量との関係で定めたサージマップに従って算出するようにしている。しかしながら、サージ判定のために用いることのできる内燃機関10の運転パラメータであって、コンプレッサ26aの作動特性と相関があり、かつ、吸気管圧力に比して変動の少ない運転パラメータは、コンプレッサ通過空気量に限らない。例えば、エンジン回転数であってもよい。つまり、本実施形態では、図8に示すように、サージ限界ターボ回転数を、エンジン回転数との関係で定めたサージマップに従って算出することを特徴としている。
[Features of Embodiment 2]
FIG. 8 is a diagram showing a surge map used in the second embodiment. In the first embodiment described above, the surge limit turbo rotational speed is calculated according to a surge map defined in relation to the amount of air passing through the compressor. However, the operating parameters of the
エンジン回転数とターボ回転数とサージ領域との間には、上記図3のコンプレッサマップに示すような相関がある。従って、コンプレッサ通過空気量の場合と同様の考え方で、エンジン回転数が分かれば、サージラインに達するターボ回転数、すなわち、サージ限界ターボ回転数を把握することができる。 There is a correlation as shown in the compressor map of FIG. 3 among the engine speed, the turbo speed, and the surge region. Therefore, if the engine speed is known in the same way as the case of the compressor passing air amount, the turbo speed reaching the surge line, that is, the surge limit turbo speed can be grasped.
エンジン回転数との関係でサージ限界ターボ回転数を定めたサージマップを用いた目標ターボ回転数の制御は、上述した図5に示すルーチンにおけるコンプレッサ通過空気量をエンジン回転数に置き換えた類似のルーチンをECU50に実行させることにより実現することができ、上述した実施の形態1と同様の効果を奏することができる。
The target turbo speed control using the surge map that defines the surge limit turbo speed in relation to the engine speed is a similar routine in which the compressor passing air amount in the routine shown in FIG. 5 is replaced with the engine speed. Can be realized by causing the
実施の形態3.
次に、図9を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。
本実施形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU50に、図5に示すルーチンに類似するルーチンを実行させることにより実現することができる。
Embodiment 3 FIG.
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The system of the present embodiment can be realized by causing the
[実施の形態3の特徴]
図9は、本実施の形態3において用いられるサージマップを表した図である。本実施形態のサージマップは、上述した実施の形態2と同様に、エンジン回転数との関係でサージ限界ターボ回転数を定めたものである。ところで、内燃機関10の吸気効率は、例えば、スワールコントロールバルブの開度が変化する場合や、可変動弁機構46、48の制御位置が変化する場合に変化する。そこで、本実施形態には、そのような内燃機関10に備えられるアクチュエータの駆動による吸気効率の変化をサージマップに反映させている点に特徴を有している。
[Features of Embodiment 3]
FIG. 9 is a diagram showing a surge map used in the third embodiment. The surge map of the present embodiment defines the surge limit turbo rotational speed in relation to the engine rotational speed as in the second embodiment described above. By the way, the intake efficiency of the
概念的に説明すると、本実施形態のサージマップは、図9に示すように、内燃機関10のアクチュエータの制御量(ここではスワールコントロールバルブの開度)に応じたサージラインをサージマップ中に複数本備えている。このサージラインは、スワールコントロールバルブの開度が大きくなるに従って、すなわち、吸気効率が高くなるに従って、あるエンジン回転数に対するサージ限界ターボ回転数の値が高くなるように設定されている。 To explain conceptually, as shown in FIG. 9, the surge map of this embodiment includes a plurality of surge lines in the surge map corresponding to the control amount of the actuator of the internal combustion engine 10 (here, the opening of the swirl control valve). It has a book. This surge line is set such that the value of the surge limit turbo speed for a certain engine speed increases as the opening of the swirl control valve increases, that is, as the intake efficiency increases.
以上説明した本実施形態のサージマップによれば、エンジン回転数に加え、スワールコントロールバルブの開度とに基づいて、サージ限界ターボ回転数が算出されることになる。このため、内燃機関10のアクチュエータの駆動に伴う吸気効率の変化をサージ限界ターボ回転数の算出に反映させることができる。そして、そのように算出されたサージ限界ターボ回転数を用いることで、上述した実施の形態2に比して、サージを更に精度良く回避しつつ、コンプレッサ26aをサージ限界近傍の高効率な作動領域で制御することが可能となる。
According to the surge map of the present embodiment described above, the surge limit turbo rotational speed is calculated based on the opening degree of the swirl control valve in addition to the engine rotational speed. For this reason, the change of the intake efficiency accompanying the drive of the actuator of the
ところで、上述した実施の形態3においては、内燃機関10の吸気効率と関係のあるアクチュエータであるスワールコントロールバルブの開度に基づいて、サージ限界ターボ回転数を算出するようにしているが、内燃機関10の吸気効率と関係のあるアクチュエータは、可変動弁機構46、48により制御される吸排気弁の開弁特性(リフト量、作用角、開閉時期など)であってもよい。
更に、吸気効率を考慮するその他の手法としては、内燃機関10の吸気マニホールド12内の圧力および温度をそれぞれ検知するインマニ圧センサおよびインマニ吸気温センサを備えることとしてもよい。そして、次式に従って吸気効率を内燃機関10の運転中に算出し、算出された吸気効率に応じてサージマップ中のサージラインを変更するようにしてもよい。
吸気効率(体積効率)=(吸入空気量/吸入空気密度)/(エンジン回転数×排気量)×(基準圧力/インマニ圧)×(インマニ吸気温度/基準温度)
By the way, in the third embodiment described above, the surge limit turbo rotational speed is calculated based on the opening degree of the swirl control valve which is an actuator related to the intake efficiency of the
Furthermore, as another method for considering the intake efficiency, an intake manifold pressure sensor and an intake manifold intake temperature sensor for detecting the pressure and temperature in the
Intake efficiency (volumetric efficiency) = (intake air volume / intake air density) / (engine speed x displacement) x (reference pressure / intake manifold pressure) x (intake manifold intake temperature / reference temperature)
ところで、上述した実施の形態1乃至3においては、コンプレッサ26aを強制駆動可能な電動モータ28を備えるターボ過給機26を用いることとしているが、本発明における過給機は、遠心式のコンプレッサを備えるものであれば、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、電動式のコンプレッサであってもよい。
In the first to third embodiments described above, the
10 内燃機関
14 吸気管
18 エアフローメータ
24 過給圧センサ
26 電動モータ付きターボ過給機
26a コンプレッサ
26b タービン
28 電動モータ
30 ターボ回転数センサ
36 吸気圧センサ
37 吸気温度センサ
40 排気管
46 吸気可変動弁機構
48 排気可変動弁機構
50 ECU(Electronic Control Unit)
52 モータコントローラ
56 燃料噴射弁
58 クランク角センサ
60 アクセルポジションセンサ
DESCRIPTION OF
52
Claims (3)
前記遠心式コンプレッサのコンプレッサ回転数を取得する回転数取得手段と、
前記遠心式コンプレッサの作動特性と相関のある内燃機関の運転パラメータであって、吸気管圧力に比して変動の少ない前記運転パラメータを取得する運転パラメータ取得手段と、
前記運転パラメータに基づいて、サージ限界コンプレッサ回転数を取得する限界回転数取得手段と、
前記サージ限界コンプレッサ回転数と、前記コンプレッサ回転数とに基づいて、コンプレッサ回転数を制御するコンプレッサ制御手段と、
を備え、
前記運転パラメータは、エンジン回転数であり、
前記限界回転数取得手段は、エンジン回転数に加え、内燃機関の吸気効率に基づいて、前記サージ限界コンプレッサ回転数を取得することを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。 A turbocharger comprising a centrifugal compressor;
A rotational speed acquisition means for acquiring a compressor rotational speed of the centrifugal compressor;
Operating parameter acquisition means for acquiring the operating parameter of the internal combustion engine correlated with the operating characteristics of the centrifugal compressor and having less fluctuation than the intake pipe pressure;
Based on the operating parameters, limit rotational speed acquisition means for acquiring a surge limit compressor rotational speed,
Compressor control means for controlling the compressor speed based on the surge limit compressor speed and the compressor speed;
Equipped with a,
The operating parameter is engine speed,
The limit speed obtaining means, in addition to the engine speed, based on the intake efficiency of the internal combustion engine, the control apparatus for an internal combustion engine with a supercharger, characterized that you get the rotational speed the surge limit compressor.
内燃機関の運転条件に基づいて、前記遠心式コンプレッサの目標コンプレッサ回転数を取得する目標回転数取得手段と、
当該目標コンプレッサ回転数がサージ限界コンプレッサ回転数以下となるように制限する目標回転数制限手段と、を更に備えることを特徴とする請求項1記載の過給機付き内燃機関の制御装置。 The compressor control means includes
Target rotational speed acquisition means for acquiring a target compressor rotational speed of the centrifugal compressor based on operating conditions of the internal combustion engine;
The control apparatus for an internal combustion engine with a supercharger according to claim 1, further comprising target speed limiting means for limiting the target compressor speed so as to be equal to or less than the surge limit compressor speed.
前記コンプレッサ制御手段は、内燃機関の運転を制御するエンジン制御装置とは別に設けられ、前記電動モータの回転数を制御するモータ制御装置を更に備え、
前記コンプレッサ制御手段は、前記目標回転数取得手段および前記目標回転数制限手段をエンジン制御装置内に備え、
前記モータ制御装置は、前記エンジン制御装置から与えられる前記目標コンプレッサ回転数と現状の前記コンプレッサ回転数との差がなくなるように、前記電動モータを制御することを特徴とする請求項2記載の過給機付き内燃機関の制御装置。 An electric motor for driving the centrifugal compressor;
The compressor control means is provided separately from an engine control device that controls the operation of the internal combustion engine, and further includes a motor control device that controls the rotation speed of the electric motor,
The compressor control means includes the target rotation speed acquisition means and the target rotation speed limit means in an engine control device,
The said motor control apparatus controls the said electric motor so that the difference of the said target compressor rotation speed given from the said engine control apparatus and the said present compressor rotation speed may be eliminated. Control device for an internal combustion engine with a feeder.
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