JP4542489B2 - Exhaust manifold internal temperature estimation device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関のエキゾーストマニホールド内温度推定装置に係り、詳しくは過給機を備えた内燃機関のエキゾーストマニホールド内温度を推定する内燃機関のエキゾーストマニホールド内温度推定装置に関する。 The present invention relates to an exhaust manifold internal temperature estimating device for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust manifold internal temperature estimating device for an internal combustion engine that estimates an internal temperature of the exhaust manifold of an internal combustion engine equipped with a supercharger.
従来、内燃機関の制御を行う際に、気筒内の酸素濃度を吸排気系モデルを用いて推定し、放出される排ガスの有害物質の放出量を低減することが行われている。その際、エキゾーストマニホールド内のガス温度、即ちエキゾーストマニホールド内温度を推定して、その推定温度をEGR装置(排気再循環装置)内のガス温度やインテークマニホールド内の入力エネルギー、インテークマニホールド内のガス温度の推定に用いることが行われている。 Conventionally, when controlling an internal combustion engine, the oxygen concentration in a cylinder is estimated using an intake / exhaust system model, and the amount of harmful substances released from exhaust gas is reduced. At that time, the gas temperature in the exhaust manifold, that is, the temperature in the exhaust manifold is estimated, and the estimated temperature is used as the gas temperature in the EGR device (exhaust gas recirculation device), the input energy in the intake manifold, and the gas temperature in the intake manifold. It is used for estimation.
そして、過給機及びEGR装置を備えた内燃機関のエキゾーストマニホールド内温度の推定方法として、次式(1)で表されるTEXを引数とする関数により計算する方法が提案されている(特許文献1参照)。 As a method for estimating the temperature in the exhaust manifold of an internal combustion engine equipped with a supercharger and an EGR device, a method has been proposed in which calculation is performed using a function having TEX as an argument expressed by the following equation (1) (Patent Literature). 1).
TEX=kGf・qfin・NE・Φ・(Pb/Pex)…(1)
但し、kGfは定数、qfinは指令燃料噴射量[g/s]、NEはエンジン回転速度[rpm]、Φは等量比、Pbは過給圧、Pexはエキゾーストマニホールド内圧力である。
However, kGf is a constant, qfin is a command fuel injection amount [g / s], NE is an engine speed [rpm], Φ is an equivalence ratio, Pb is a supercharging pressure, and Pex is an exhaust manifold internal pressure.
しかし、(1)式で表されるTEXを引数とする関数により推定したエキゾーストマニホールド内温度と、エキゾーストマニホールド内温度の実測値とを比較したところ、エンジン回転速度によって、ずれが生じることが確認された。具体的には、エキゾーストマニホールド内温度T4と、引数TEXとの関係を示すと、図4に示すように、エンジン回転速度が2000rpm以下の領域では、引数TEXと実測されたエキゾーストマニホールド内温度T4とのずれは小さいが、エンジン回転速度が2400rpm以上の領域では、ずれが大きくなる。従って、エンジン回転速度が2400rpm以上の領域において、(1)式で表される引数TEXを使用して推定したエキゾーストマニホールド内温度T4を使用してエンジン制御に必要な他の値を推定すると、推定精度が悪化するという問題がある。 However, a comparison between the exhaust manifold temperature estimated by the function with TEX represented by equation (1) as an argument and the measured value of the exhaust manifold temperature confirmed that a deviation occurs depending on the engine speed. It was. Specifically, when the relationship between the exhaust manifold internal temperature T4 and the argument TEX is shown, as shown in FIG. 4, in the region where the engine speed is 2000 rpm or less, the argument TEX and the actually measured exhaust manifold internal temperature T4 The deviation is small, but the deviation becomes large in the region where the engine speed is 2400 rpm or more. Therefore, in the region where the engine rotation speed is 2400 rpm or more, if another value necessary for engine control is estimated using the exhaust manifold temperature T4 estimated using the argument TEX represented by the equation (1), There is a problem that accuracy deteriorates.
本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、エキゾーストマニホールド内温度を従来技術より精度良く推定することができる内燃機関のエキゾーストマニホールド内温度推定装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide an exhaust manifold internal temperature estimation device for an internal combustion engine capable of estimating the exhaust manifold internal temperature more accurately than the prior art. is there.
本願発明者は、(1)式による推定値と実測値とのずれの原因を、過給機として可変ノズル式過給機(可変ノズル式ターボチャージャ)を使用した場合について究明した。その結果、可変ノズルの絞りの度合いによるタービン駆動のためのエネルギーの差異が、前記引数TEXに影響を及ぼすことを見いだし、本発明に至った。 The inventor of the present application has investigated the cause of the difference between the estimated value and the actual measurement value according to the equation (1) in the case where a variable nozzle supercharger (variable nozzle turbocharger) is used as a supercharger. As a result, it was found that the difference in energy for driving the turbine depending on the degree of restriction of the variable nozzle affects the argument TEX, and the present invention has been achieved.
前記の目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、過給機と、機関に噴射される燃料の噴射量に対応する燃料噴射量対応値を取得する燃料噴射量対応値取得手段と、機関に吸入される吸入空気の流量を取得する吸入空気量取得手段と、過給圧を取得する過給圧取得手段と、エキゾーストマニホールド内の圧力を取得するエキゾーストマニホールド内圧力取得手段と、前記過給機が圧送する空気量を増減させる空気量変更手段と、機関の回転速度を検出する機関回転速度検出手段と、前記燃料噴射量対応値、前記吸入空気量、前記過給圧、前記エキゾーストマニホールド内圧力、前記機関回転速度及び前記空気量変更手段の絞り量とに基づいてエキゾーストマニホールド内温度を推定するエキゾーストマニホールド内温度推定手段とを備えた内燃機関のエキゾーストマニホールド内温度推定装置である。 In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 includes a supercharger and fuel injection amount corresponding value acquisition means for acquiring a fuel injection amount corresponding value corresponding to an injection amount of fuel injected into the engine. The intake air amount acquisition means for acquiring the flow rate of the intake air sucked into the engine, the supercharging pressure acquisition means for acquiring the supercharging pressure, the exhaust manifold pressure acquisition means for acquiring the pressure in the exhaust manifold, An air amount changing means for increasing / decreasing the amount of air pumped by the supercharger, an engine speed detecting means for detecting the engine speed, the fuel injection amount corresponding value, the intake air amount, the supercharging pressure, the exhaust manifold pressure, and an exhaust manifold temperature estimating means for estimating the exhaust manifold temperature based on the aperture amount of the engine speed and the air amount changing means A exhaust manifold temperature estimation apparatus for an internal combustion engine.
さらに、請求項1に記載の発明は、前記エキゾーストマニホールド内温度推定手段は、エキゾーストマニホールド内温度を推定する際、次式で表されるTexを引数とする関数によりエキゾーストマニホールド内温度を推定する。 Further, in the invention described in claim 1, when the exhaust manifold temperature estimation means estimates the exhaust manifold temperature , the exhaust manifold temperature is estimated by a function having Tex as an argument expressed by the following equation.
Tex=qfin×qwt×faiq×pim/pex/vnpos
但し、qfin:指示噴射量、qwt:燃料流量=k1×qfin×NE×efg
faiq:当量比=k2×qfin×efg/ega1st
Pb:過給圧、efg:燃料密度、ega1st:吸入空気量、NE:機関回転速度
Pex:エキゾーストマニホールド内圧力
vnpos:可変ノズル絞り面積係数=(1−epvnfin/100)+EPVNOF
EPVNOF:可変ノズル絞り面積係数オフセット項
epvnfin:可変ノズル絞り開度[%]
k1:定数、k2:定数である。
Tex = qfin × qwt × faiq × pim / pex / vnpos
However, qfin: indicated injection amount, qwt: fuel flow rate = k1 × qfin × NE × efg
faiq: equivalence ratio = k2 × qfin × efg / ega1st
Pb: Supercharging pressure, efg: Fuel density, ega1st: Intake air amount, NE: Engine rotation speed Pex: Exhaust manifold pressure vnpos: Variable nozzle throttle area coefficient = (1-epvnfin / 100) + EPVNOF
EPVNOF: Variable nozzle throttle area coefficient offset term epvnfin: Variable nozzle throttle opening [%]
k1: constant, k2: constant.
各量の単位を、指示噴射量[mm3/st]、燃料流量[g/s]、過給圧[kPa]、燃料密度[g/cm3]、吸入空気量[g/st]、エンジン回転速度[rpm]、エキゾーストマニホールド内圧力[kPa]とすると、定数k1=2/60/1000になり、定数k2=14.5/1000になる。 The unit of each quantity is the indicated injection amount [mm 3 / st], fuel flow rate [g / s], supercharging pressure [kPa], fuel density [g / cm 3 ], intake air amount [g / st], engine Assuming that the rotation speed [rpm] and the exhaust manifold pressure [kPa], the constant k1 = 2/60/1000 and the constant k2 = 14.5 / 1000.
この発明では、燃料噴射量対応値取得手段により燃料の噴射量が取得され、吸入空気量取得手段により吸入空気の流量が取得され、過給圧取得手段により過給圧が取得される。噴射量は、噴射量を実測せずに指示噴射量を使用してもよく、過給圧は、例えば吸気圧センサから取得される。エキゾーストマニホールド内の圧力は、圧力センサを設けて取得してもよいが、推定式を使用して単位時間当たりの燃料噴射量、実新気流量、過給圧及び空気量変更手段の絞り量から推定してもよい。そして、エキゾーストマニホールド内温度推定手段により、燃料噴射量、吸入空気量、過給圧、エキゾーストマニホールド内圧力、機関回転速度及び空気量変更手段の絞り量に基づいてエキゾーストマニホールド内温度が推定される。
また、この発明では、内燃機関の運転制御のために通常装備されている装備及びセンサの検出信号に基づいてエキゾーストマニホールド内温度を精度良く推定することができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記過給機は、排気流によって作動される可変ノズル式ターボチャージャであり、前記空気量変更手段としてタービンに可動式のベーンを備え、ベーンの開度をアクチュエータによって変更可能に構成されている。この発明では、過給機として一般に使用されている可変ノズル式ターボチャージャを備えた内燃機関に好適に適用できる。
In this invention, the fuel injection amount is acquired by the fuel injection amount corresponding value acquisition means, the flow rate of intake air is acquired by the intake air amount acquisition means, and the boost pressure is acquired by the boost pressure acquisition means. As the injection amount, the command injection amount may be used without actually measuring the injection amount, and the supercharging pressure is obtained from, for example, an intake pressure sensor. The pressure in the exhaust manifold may be obtained by installing a pressure sensor, but using the estimation formula, the fuel injection amount per unit time, the actual fresh air flow rate, the supercharging pressure, and the throttle amount of the air amount changing means are used. It may be estimated. Then, the exhaust manifold temperature estimation means estimates the exhaust manifold temperature based on the fuel injection amount, the intake air amount, the boost pressure, the exhaust manifold pressure, the engine rotation speed, and the throttle amount of the air amount changing means.
In addition, according to the present invention, the exhaust manifold temperature can be accurately estimated based on the equipment normally equipped for operation control of the internal combustion engine and the detection signal of the sensor.
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the supercharger is a variable nozzle type turbocharger that is operated by an exhaust flow, and a movable vane in the turbine as the air amount changing means. And the opening degree of the vane can be changed by an actuator. The present invention can be suitably applied to an internal combustion engine including a variable nozzle turbocharger that is generally used as a supercharger.
本発明によれば、エキゾーストマニホールド内温度を従来技術より精度良く推定することができる。 According to the present invention, the exhaust manifold temperature can be estimated more accurately than in the prior art.
以下、本発明をディーゼルエンジンのエキゾーストマニホールド内温度推定装置に具体化した一実施形態を図1〜図4に従って説明する。図1は、ディーゼルエンジン(以下、単にエンジンと記載する。)及びその周辺構成を示す模式図である。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in a diesel engine exhaust manifold temperature estimation device will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram showing a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) and its peripheral configuration.
図1に示すように、内燃機関(機関)としてのエンジン11は、複数の気筒12を備えており、各気筒12に対応するシリンダヘッド13には気筒12毎に燃料噴射弁14が取り付けられている。
As shown in FIG. 1, an engine 11 as an internal combustion engine (engine) includes a plurality of
シリンダヘッド13にはインテークマニホールド15及びエキゾーストマニホールド16が接続されている。インテークマニホールド15は吸気通路(吸気管)17に接続されている。吸気通路17の入口にはエアクリーナ18が設けられている。吸気通路17はエキゾーストマニホールド16の出口付近を通るように配置されている。
An
エキゾーストマニホールド16は、出口が過給機19のタービン20を介して排気通路21に接続されている。排気通路21には排気浄化装置22が設けられている。この実施形態では排気浄化装置22としてDPNR(ディーゼル・バティキュレイト・NOx・リダクションシステム)が使用されている。タービン20と排気浄化装置22との間には燃料添加弁23が設けられている。
The
吸気通路17の途中には過給機19のコンプレッサ24が設けられている。過給機19は、排気流によって作動される公知の可変ノズル式ターボチャージャである。可変ノズル式ターボチャージャは、排気流の作用によりタービンに生じる回転トルクを駆動源としてコンプレッサを駆動させ、空気を圧送する。タービン20は、ノズル部に複数の可動式のベーンを備え、ベーンの開度をシリンダやモータ等のアクチュエータ20aによって変更可能に構成されている。タービン20及びアクチュエータ20aは、過給機19が圧送する空気量を増減させる空気量変更手段を構成する。そして、コンプレッサ24にはエキゾーストマニホールド16の出口の排気圧及びベーンの開度から決まる排気流速に応じた回転トルクが付与される。
A
吸気通路17には過給機19より下流側にインタクーラ25が設けられている。また、吸気通路17にはインタクーラ25とインテークマニホールド15の入口との間に、吸気圧センサ26、吸入空気量を調整するためのスロットル弁27及び吸気温センサ28がそれぞれ設けられている。吸気圧センサ26は、吸気通路内の圧力(吸気圧、過給圧)を表す信号を発生するようになっている。吸気圧センサ26は、過給圧を取得する過給圧取得手段を構成する。吸気温センサ28は、エアクリーナ18を介して吸気通路17内に吸入された新気の温度(即ち、新気温度)を検出し、同新気温度を表す信号を発生するようになっている。
An
また、吸気通路17にはコンプレッサ24より上流側にエアフローメータ29が設けられている。エアフローメータ29には熱線式エアフローメータが使用されている。エアフローメータ29は、エアクリーナ18を介して吸気通路17内に新たに吸入された大気(即ち、新気)の質量流量(単位時間当りの吸入空気量、単位時間あたりの新気量)を計測し、同新気の質量流量に応じた信号(新気流量)を発生するようになっている。エアフローメータ29は、エンジン11に吸入される吸入空気の流量を取得する吸入空気量取得手段を構成する。
An
エンジン11は排気再循環装置(EGR装置)付きのエンジンであり、エキゾーストマニホールド16とインテークマニホールド15との間には排気の一部を吸気系に還流させる排気循環通路(EGR管)30が設けられている。排気循環通路30は一端がエキゾーストマニホールド16に接続され、他端がインテークマニホールド15に接続されている。排気循環通路30にはEGR弁31及びEGRクーラ32が設けられ、EGR弁31の開度調節により、エンジン11の排気系から吸気系へのEGRガス供給量の調節が可能になっている。
The engine 11 is an engine with an exhaust gas recirculation device (EGR device), and an exhaust gas circulation passage (EGR pipe) 30 is provided between the
エンジン11は、ECU(電子制御ユニット)33により制御される。ECU33は、マイクロコンピュータ33aを内蔵する。マイクロコンピュータ33aは記憶装置としてのメモリ(ROM及びRAM)33bを備える。ECU33は入力インターフェースを介して各種センサと電気的に接続され、出力インターフェースを介して各種アクチュエータ等と電気的に接続されている。ECU33には、エンジン運転状態を検出するための各種センサの検出信号が入力される。なお、図1においては図示の都合上、センサの検出信号及びECU33からの指令信号を示す矢印線の一部の図示を省略している。
The engine 11 is controlled by an ECU (electronic control unit) 33. The
ECU33のROMには、前記各種センサの信号等から得られるエンジン11の運転状態に基づいて、エンジン制御のために指令すべき各種指令値(制御値)の決定に用いられるマップ、式等が記憶されている。前記マップ、式等には、例えば、燃料噴射弁14からの燃料噴射時期、燃料噴射量を決めるマップ、式や、エキゾーストマニホールド内温度を推定するためのマップ、式等が含まれる。ROMには、燃料噴射弁14の燃料噴射制御を実行するためのプログラムやエキゾーストマニホールド内温度を推定するためのプログラム等が記憶されている。
The ROM of the
前記センサには、吸気圧センサ26、吸気温センサ28、エアフローメータ29、機関回転速度検出手段としてのエンジン回転速度センサ34、水温センサ35及びアクセル開度センサ36がある。
The sensors include an
エンジン回転速度センサ34は、エンジン11の回転速度を検出し、エンジン回転速度NEを表す信号を発生するとともに、各気筒の絶対クランク角度を検出し得るようになっている。水温センサ35は、エンジン11の冷却水温を検出し、同冷却水温を表す信号を発生するようになっている。アクセル開度センサ36は、アクセルペダル(図示省略)の操作量を検出し、アクセル開度(アクセル操作量)を表す信号を発生するようになっている。
The engine
そして、ECU33により、例えば、燃料噴射弁14の燃料噴射量や燃料添加期間、スロットル弁27を開閉するアクチュエータの駆動量、EGR弁31の開度等、エンジン11の各種制御が行われる。また、ECU33により、エキゾーストマニホールド内のガス温度、即ちエキゾーストマニホールド内温度が推定される。
The
各燃料噴射弁14は、ECU33からの駆動信号(指令燃料噴射量qfinに応じた指令信号)により所定時間だけ開弁し、これにより燃料タンクと接続された燃料噴射用ポンプ(図示省略)から供給される高圧の燃料を噴射するようになっている。
Each
アクチュエータ20aは、ECU33からの駆動信号により、可動式のベーンの開度を調整してタービン20に流入する排ガス通路面積を可変とする。タービン20に流入する排ガス通路面積を小さくすると過給圧が増大し、タービン20に流入する排ガス通路面積を大きくすると過給圧が低下する。
The actuator 20a adjusts the opening degree of the movable vane according to the drive signal from the
EGR弁31は、ECU33からの駆動信号により、再循環される排ガス量(EGRガス流量)を変更し、EGR率を制御するようになっている。
次に前記のように構成された装置の作用を説明する。
The
Next, the operation of the apparatus configured as described above will be described.
ECU33は、エアフローメータ29、エンジン回転速度センサ34、水温センサ35、アクセル開度センサ36等の検出信号から運転状態を把握する。そして、把握されたエンジンの運転状態(負荷状態)に対応した適正な燃焼状態となるように、燃料噴射弁14からの燃料噴射量、燃料噴射時期、排気環流量を演算し、燃料噴射弁14及びEGR弁31等を制御する。
ECU33 grasps | ascertains an operating state from detection signals, such as the
ECU33は、EGR制御を行う際にEGRガス温度、EGR率を推定するが、その際にエキゾーストマニホールド内のガス温度、即ちエキゾーストマニホールド内温度の値が必要となり、エキゾーストマニホールド内温度も推定する必要がある。
The
ECU33は次式(2)で表されるTexを引数とする関数によりエキゾーストマニホールド内温度を推定する。
Tex=qfin×qwt×faiq×Pb/Pex/vnpos…(2)
但し、qfinは指示噴射量[mm3/st]であり、qwtは燃料流量[g/s]であり、次式(3)で表される。
The
Tex = qfin × qwt × faiq × Pb / Pex / vnpos (2)
However, qfin is the command injection amount [mm 3 / st], qwt is the fuel flow rate [g / s], and is expressed by the following equation (3).
qwt=qfin×NE×2/60×efg/1000…(3)
faiqは当量比であり、次式(4)で表される。
faiq=14.5×qfin×efg/1000/ega1st…(4)
また、Pbは過給圧[kPa]、efgは燃料密度[g/cm3]、ega1stは吸入空気量[g/st]、NEはエンジン回転速度[rpm]、Pexはエキゾーストマニホールド内圧力[kPa]であり、この実施形態ではPexとしてセンサによる実測値ではなく、後記する式により演算された推定値が使用される。vnposは可変ノズル絞り面積係数であり、次式(5)で表される。
qwt = qfin × NE × 2/60 × efg / 1000 (3)
faiq is an equivalent ratio and is represented by the following formula (4).
faiq = 14.5 × qfin × efg / 1000 / ega1st (4)
Further, Pb is a supercharging pressure [kPa], efg is a fuel density [g / cm 3 ], ega1st is an intake air amount [g / st], NE is an engine speed [rpm], Pex is an exhaust manifold pressure [kPa]. In this embodiment, Pex is not an actual measured value by the sensor, but an estimated value calculated by an expression described later. vnpos is a variable nozzle aperture area coefficient and is expressed by the following equation (5).
vnpos=(1−epvnfin/100)+EPVNOF…(5)
但し、epvnfinは可変ノズル絞り開度[%]であり、EPVNOFは可変ノズル絞り面積係数オフセット項である。EPVNOFは、エンジンの機種毎に予め試験によって求められ、メモリ33bに記憶されている。可変ノズル絞り開度epvnfinは、過給機19が圧送する空気量を増減させる空気量変更手段の絞り量に対応する絞り量対応値となる。従って、ECU33は、エキゾーストマニホールド内温度を推定する際、エキゾーストマニホールド内圧力を絞り量対応値で除した変数を含む変数を引数とする関数を用いてエキゾーストマニホールド内温度を推定する。即ち、ECU33は、燃料噴射量対応値、吸入空気量、過給圧、エキゾーストマニホールド内圧力、機関回転速度及び空気量変更手段の絞り量とに基づいてエキゾーストマニホールド内温度を推定するエキゾーストマニホールド内温度推定手段を構成する。
vnpos = (1-epvnfin / 100) + EPVNOF (5)
However, epvnfin is a variable nozzle aperture opening [%], and EPVNOF is a variable nozzle aperture area coefficient offset term. EPVNOF is obtained in advance for each engine model by a test and stored in the
ECU33は、図2のフローチャートに従ってエキゾーストマニホールド内温度T4を推定する。ECU33は、ステップS1で指示噴射量qfin、エンジン回転速度NE、燃料密度efg、吸入空気量ega1st及び過給圧Pbのデータを読み込む。燃料密度efgは使用する燃料に対応して予め求められ、メモリ33bに記憶されている。指示噴射量qfinは、ECU33の指令値から求められる。このときECU33は機関に噴射される燃料の噴射量に対応する燃料噴射量対応値を取得する燃料噴射量対応値取得手段を構成する。過給圧Pbは吸気圧センサ26の検出信号から求められる。
The
次にステップS2で、ECU33は、指示噴射量qfin、エンジン回転速度NE及び燃料密度efgから(3)式を用いて燃料流量qwtを演算する。次にステップS3で、ECU33は、指示噴射量qfin、燃料密度efg及び吸入空気量ega1stから(4)式を用いて当量比faiqを演算する。
Next, in step S2, the
次にステップS4で、ECU33は、次式(6)によりエキゾーストマニホールド内圧力Pexを演算する。(6)式は特許文献1に記載されたものと同様の式である。
Pex=fPex(XPex)…(6)
但し、XPex=(Gf+Gaact)・Pb/Kvnで、Kvn=Avn+avnである。
Next, in step S4, the
Pex = fPex (XPex) (6)
However, XPex = (Gf + Gaact) · Pb / Kvn, and Kvn = Avn + avn.
ここで、Gf:単位時間当たりの燃料噴射量(g/s)、Gaact:実新気流量(g/s)、Pb:過給圧、Kvn:可変容量ターボチャージャ絞り係数、Avn:可変容量ターボチャージャ開度(0〜100%)、avn:正の定数である。 Here, Gf: fuel injection amount per unit time (g / s), Gaact: actual fresh air flow rate (g / s), Pb: supercharging pressure, Kvn: variable capacity turbocharger throttle coefficient, Avn: variable capacity turbo Charger opening (0 to 100%), avn: positive constant.
そして、関数fPex及び定数avnはエンジンの機種毎に予め試験によって求められ、メモリ33bに記憶されている。なお、可変容量ターボチャージャ開度Avnは、可変ノズル絞り開度epvnfinと同じものである。このとき、ECU33は、エキゾーストマニホールド16内の圧力を取得するエキゾーストマニホールド内圧力取得手段を構成する。
The function fPex and the constant avn are obtained in advance for each engine model by a test and stored in the
次にステップS5で、ECU33は、可変ノズル絞り開度epvnfin及び可変ノズル絞り面積係数オフセット項EPVNOFから(5)式を用いて可変ノズル絞り面積係数vnposを演算する。以上により、(2)式で表されるエキゾーストマニホールド内温度を推定する関数の引数Texを求めるための各値qfin、qwt、faiq、Pb、Pex、vnposが求められる。
Next, in step S5, the
次にステップS6で、ECU33は、引数Texを(2)式を用いて演算した後、ステップS7で、Texを引数としたマップ又は式によりエキゾーストマニホールド内温度T4を演算する。
Next, in step S6, the
前記のようにして演算されたエキゾーストマニホールド内温度T4が、EGRガス温度、EGR率、インテークマニホールド内入力エネルギー、インテークマニホールド内ガス温度の推定に利用される。 The exhaust manifold temperature T4 calculated as described above is used to estimate the EGR gas temperature, EGR rate, intake manifold input energy, and intake manifold gas temperature.
エキゾーストマニホールド内温度T4の推定に使用する関数の引数として、従来の(1)式で表されるTEXを使用した場合は、図4に示すように、エンジン回転速度が2000rpmまでは、エキゾーストマニホールド内温度T4は引数TEXと良好な相関関係がある。しかし、エンジン回転速度が2400rpm、2800rpm、3200rpmとエンジン回転速度が大きくなると特性曲線からずれる。即ち、図4に実線で示す特性曲線を使用して2400rpm以上の高回転速度領域においてエキゾーストマニホールド内温度T4を推定すると、精度が悪くなる。 When TEX represented by the conventional equation (1) is used as an argument of the function used for estimating the exhaust manifold internal temperature T4, as shown in FIG. The temperature T4 has a good correlation with the argument TEX. However, when the engine rotation speed increases to 2400 rpm, 2800 rpm, or 3200 rpm, the characteristic curve deviates. That is, if the exhaust manifold temperature T4 is estimated in the high rotational speed region of 2400 rpm or higher using the characteristic curve shown by the solid line in FIG.
一方、この実施形態では従来の(1)式で表される引数TEXに代えて、(2)式で表される引数Tex、即ち(1)式で表される引数TEXを可変ノズル絞り面積係数vnposで除したものを使用している。この場合は、図3に示すように、エキゾーストマニホールド内温度T4は、エンジンの回転速度が2400rpm以上の高回転速度領域においても引数Texと良好な相関関係があることが確認された。 On the other hand, in this embodiment, instead of the conventional argument TEX expressed by the expression (1), the argument Tex expressed by the expression (2), that is, the argument TEX expressed by the expression (1) is changed to the variable nozzle aperture area coefficient. What is divided by vnpos is used. In this case, as shown in FIG. 3, it was confirmed that the exhaust manifold temperature T4 has a good correlation with the argument Tex even in the high rotation speed region where the engine rotation speed is 2400 rpm or more.
この理由としては、次のことが考えられる。過給機19においては、アクチュエータ20aがタービン20のベーンの開度を調整、即ち空気量変更手段が絞り量を変更することにより、過給機19が圧送する空気量が増減される。そして、絞り量が大きくなると、エキゾーストマニホールド16内の圧力が上がり、圧力が上がるとエキゾーストマニホールド16内の温度も上がる。上がった分の温度は過給機19のタービン20を駆動するエネルギーとして使用される。従来の(1)式の引数TEXではエキゾーストマニホールド内圧力Pexは、除数として用いられているため、特性曲線はエキゾーストマニホールド16内の圧力が上がってもエキゾーストマニホールド内温度が下がる構成になっている。しかし、この実施形態の引数Texを表す(2)式は、エキゾーストマニホールド内圧力Pexを可変ノズル絞り面積係数vnposで除する構成のため、絞り量が考慮された状態となりエンジンの高速度回転領域においても、特性曲線からのずれが抑制される。
The reason is considered as follows. In the
図4においては、相関係数は0.977であったのに対して、図3においては、相関係数は0.987に上がっており、推定精度の向上が確認された。また、指示噴射量qfinに代えて実噴射量を用いた場合について、図3と同様にエキゾーストマニホールド内温度T4と、引数Texとの関係を調べたところ、相関係数は0.992に向上した。 In FIG. 4, the correlation coefficient was 0.977, whereas in FIG. 3, the correlation coefficient increased to 0.987, confirming improvement in estimation accuracy. When the actual injection amount was used instead of the command injection amount qfin, the relationship between the exhaust manifold temperature T4 and the argument Tex was examined in the same manner as in FIG. 3, and the correlation coefficient was improved to 0.992. .
この実施形態では以下の効果を有する。
(1)ECU33は、過給機19を備えたエンジン11内の温度を推定する際、過給機19が圧送する空気量を増減させる空気量変更手段の絞り量に対応する絞り量対応値を含む変数を引数とする関数を用いてエキゾーストマニホールド内温度を推定する。従って、エキゾーストマニホールド内温度を推定する際に、空気量変更手段の絞り量に対応する絞り量対応値を含む変数を引数としない関数を用いる場合に比較して、エキゾーストマニホールド内温度を従来技術より精度良く推定することができる。
This embodiment has the following effects.
(1) When the
(2)過給機19は、排気流によって作動される可変ノズル式ターボチャージャであり、空気量変更手段としてタービンに可動式のベーンを備え、ベーンの開度をアクチュエータによって変更可能に構成されている。従って、過給機として一般に使用されている可変ノズル式ターボチャージャを備えたエンジン11においてエキゾーストマニホールド内温度を精度良く推定することができる。
(2) The
(3)ECU33は、(2)式で表されるTexを引数とする関数によりエキゾーストマニホールド内温度を推定する。従って、内燃機関の運転制御のために通常装備されている装備及びセンサの検出信号に基づいてエキゾーストマニホールド内温度を精度良く推定することができる。
(3) The
(4)燃料流量が指示噴射量、エンジン回転速度NE及び燃料密度から演算されるため、燃料流量や噴射量を検出するセンサが不要になる。
(5)過給圧は吸気圧センサ26により検出され、エキゾーストマニホールド内圧力Pexとして実際のエキゾーストマニホールド内圧力ではなく推定値が使用される。従って、過給圧専用のセンサやエキゾーストマニホールド内圧力検出用のセンサが不要になる。
(4) Since the fuel flow rate is calculated from the commanded injection amount, the engine rotational speed NE and the fuel density, a sensor for detecting the fuel flow rate and the injection amount becomes unnecessary.
(5) The supercharging pressure is detected by the
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成してもよい。
○ エキゾーストマニホールド内温度を表す関数の引数は、過給機が圧送する空気量を増減させる空気量変更手段の絞り量に対応する絞り量対応値を変数として含んでいればよく、前記実施形態で使用された引数Texに限らない。
The embodiment is not limited to the above, and may be configured as follows, for example.
○ The argument of the function representing the exhaust manifold temperature only needs to include the throttle amount corresponding value corresponding to the throttle amount of the air amount changing means for increasing or decreasing the amount of air pumped by the turbocharger as a variable. It is not limited to the argument Tex used.
○ エキゾーストマニホールド内圧力Pexとして推定値に代えて実測値を使用してもよい。その場合はエキゾーストマニホールド内の圧力を検出するためのセンサを設ける必要がある。 ○ An actually measured value may be used as the exhaust manifold pressure Pex instead of the estimated value. In that case, it is necessary to provide a sensor for detecting the pressure in the exhaust manifold.
○ 指示噴射量に代えて実噴射量を使用してもよいが、指示噴射量を使用しても従来に比較して高精度でエキゾーストマニホールド内温度を推定することができる。
○ 過給圧を吸気圧センサ26で測定する代わりに専用の過給圧センサを設けてもよい。
○ The actual injection amount may be used in place of the command injection amount, but the exhaust manifold temperature can be estimated with higher accuracy than in the past even if the command injection amount is used.
O Instead of measuring the supercharging pressure with the
○ 排気浄化装置22はDPNRに限らない。例えば、PM(粒子状物質)除去処理用のフィルタ(DPF)としたり、DPFと触媒装置とがそれぞれ独立した構成としたりしてもよい。
The
○ エンジン11は気筒12が1列に配置される構成に限らず2列に配置されるV型エンジンや水平エンジンに適用してもよい。
○ 内燃機関はディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンに適用してもよい。また、車両のエンジンに限らず、発電装置用エンジン等の定置式のエンジンに適用してもよい。
The engine 11 is not limited to the configuration in which the
○ The internal combustion engine is not limited to a diesel engine, but may be applied to a gasoline engine. Moreover, you may apply not only to the engine of a vehicle but to stationary engines, such as an engine for power generators.
○ 噴射タイミングはエンジン回転が低い領域から高い領域に推移するにあたり、アドバンス(進角)する傾向があるため、回転依存性がある。よって、エキゾーストマニホールド内温度を推定するマップは、TexとNE(エンジン回転速度)を軸に持つ2次元マップとすることで推定精度を向上させることもできる。 ○ The injection timing tends to advance (advance) as the engine rotation changes from a low region to a high region, and is therefore dependent on rotation. Therefore, the estimation accuracy can be improved by making the map for estimating the exhaust manifold temperature a two-dimensional map having Tex and NE (engine speed) as axes.
以下の技術的思想(発明)は前記実施形態から把握できる。
(1)前記内燃機関は、ディーゼルエンジンである。
The following technical idea (invention) can be understood from the embodiment.
(1) before SL internal combustion engine is a diesel engine.
11…内燃機関としてのエンジン、16…エキゾーストマニホールド、19…過給機、20…空気量変更手段を構成するタービン、20a…同じくアクチュエータ、26…過給圧取得手段としての吸気圧センサ、29…吸入空気量取得手段としてのエアフローメータ、33…燃料噴射量対応値取得手段及びエキゾーストマニホールド内圧力取得手段を構成するECU、34…機関回転速度検出手段としてのエンジン回転速度センサ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Engine as an internal combustion engine, 16 ... Exhaust manifold, 19 ... Supercharger, 20 ... Turbine which comprises air quantity change means, 20a ... Similarly actuator, 26 ... Intake pressure sensor as supercharging pressure acquisition means, 29 ... An air flow meter as intake air amount acquisition means, 33... ECU constituting fuel injection amount corresponding value acquisition means and exhaust manifold internal pressure acquisition means, 34... Engine rotation speed sensor as engine rotation speed detection means.
Claims (2)
機関に噴射される燃料の噴射量に対応する燃料噴射量対応値を取得する燃料噴射量対応値取得手段と、
機関に吸入される吸入空気の流量を取得する吸入空気量取得手段と、
過給圧を取得する過給圧取得手段と、
エキゾーストマニホールド内の圧力を取得するエキゾーストマニホールド内圧力取得手段と、
前記過給機が圧送する空気量を増減させる空気量変更手段と、
機関の回転速度を検出する機関回転速度検出手段と、
前記燃料噴射量対応値、前記吸入空気量、前記過給圧、前記エキゾーストマニホールド内圧力、前記機関回転速度及び前記空気量変更手段の絞り量に基づいてエキゾーストマニホールド内温度を推定するエキゾーストマニホールド内温度推定手段と
を備えた内燃機関のエキゾーストマニホールド内温度推定装置であって、
前記エキゾーストマニホールド内温度推定手段は、エキゾーストマニホールド内温度を推定する際、次式で表されるTexを引数とする関数によりエキゾーストマニホールド内温度を推定する内燃機関のエキゾーストマニホールド内温度推定装置。
Tex=qfin×qwt×faiq×Pb/Pex/vnpos
但し、qfin:指示噴射量、qwt:燃料流量=k1×qfin×NE×efg
faiq:当量比=k2×qfin×efg/ega1st
Pb:過給圧、efg:燃料密度、ega1st:吸入空気量
NE:機関回転速度
Pex:エキゾーストマニホールド内圧力
vnpos:可変ノズル絞り面積係数=(1−epvnfin/100)+EPVNOFEPVNOF:可変ノズル絞り面積係数オフセット項
epvnfin:可変ノズル絞り開度[%]
k1:定数、k2:定数 A turbocharger ,
Fuel injection amount corresponding value acquisition means for acquiring a fuel injection amount corresponding value corresponding to an injection amount of fuel injected into the engine;
Intake air amount acquisition means for acquiring the flow rate of intake air sucked into the engine;
A supercharging pressure acquisition means for acquiring a supercharging pressure;
Exhaust manifold pressure acquisition means for acquiring the pressure in the exhaust manifold;
An air amount changing means for increasing or decreasing the amount of air pumped by the supercharger;
Engine rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the engine;
Exhaust manifold internal temperature for estimating the exhaust manifold internal temperature based on the fuel injection amount corresponding value, the intake air amount, the supercharging pressure, the exhaust manifold internal pressure, the engine speed, and the throttle amount of the air amount changing means An exhaust manifold temperature estimation device for an internal combustion engine, comprising: an estimation means ;
The exhaust manifold internal temperature estimating means estimates the exhaust manifold internal temperature by a function having Tex expressed by the following equation as an argument when estimating the exhaust manifold internal temperature.
Tex = qfin × qwt × faiq × Pb / Pex / vnpos
However, qfin: indicated injection amount, qwt: fuel flow rate = k1 × qfin × NE × efg
faiq: equivalence ratio = k2 × qfin × efg / ega1st
Pb: supercharging pressure, efg: fuel density, ega1st: intake air amount
NE: Engine speed
Pex: Exhaust manifold pressure
vnpos: variable nozzle aperture area coefficient = (1−epvnfin / 100) + EPVNOFEEPVNOF: variable nozzle aperture area coefficient offset term
epvnfin: Variable nozzle throttle opening [%]
k1: constant, k2: constant
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