JP5155911B2 - Supercharging pressure control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、ターボチャージャを備える内燃機関の過給圧制御装置に関する。 The present invention relates to a supercharging pressure control device for an internal combustion engine including a turbocharger.
従来、内燃機関に吸入される空気を加圧するコンプレッサホイールと、このコンプレッサホイールに連結され、排気が吹き付けられることで回転駆動するタービンホイールと、このタービンホイールに吹き付けられる排気の流量を変更する可変ベーンとを備える可変容量型のターボチャージャが知られている。このようなターボチャージャでは、可変ベーンの開度を制御することで、過給圧を適切な圧力にすることができる。 2. Description of the Related Art Conventionally, a compressor wheel that pressurizes air sucked into an internal combustion engine, a turbine wheel that is connected to the compressor wheel and is driven to rotate when exhaust is blown, and a variable vane that changes the flow rate of the exhaust blown to the turbine wheel There is known a variable capacity turbocharger comprising: In such a turbocharger, the supercharging pressure can be adjusted to an appropriate pressure by controlling the opening of the variable vane.
可変ベーンは、アクチュエータによって開閉駆動され、またこのアクチュエータは、コントローラにより所定のプログラムに基づいて制御される。しかしながら、ターボチャージャや可変ベーンのアクチュエータに物ばらつきがあった場合や劣化が発生した場合には、コントローラの可変ベーンに対する指示開度と、実際の可変ベーンの開度との間にずれが生じてしまい、過給圧の制御精度が低下するおそれがある。そこで、特許文献1には、このような物ばらつきや劣化による影響を修正する技術が示されている。
The variable vane is opened and closed by an actuator, and this actuator is controlled by a controller based on a predetermined program. However, if the turbocharger or variable vane actuators are uneven or deteriorated, there will be a gap between the controller opening for the variable vane and the actual opening of the variable vane. As a result, the control accuracy of the supercharging pressure may be reduced. Therefore,
より具体的には、特許文献1には、エンジンの始動時に可変ベーンの基準開度を設定する制御装置が示されている。この制御装置では、エンジンを始動する度に、可変ベーンの全閉時の開度を学習し、この全閉時の開度に基づいて基準開度を設定する。これにより、ターボチャージャや可変ベーンの物ばらつきや劣化によらず、安定して基準開度を設定することができる。
More specifically,
しかしながら、特許文献1に示された制御装置では、物ばらつきや劣化による影響が修正されるのは可変ベーンの閉じ側のみである。すなわちこの制御装置では、可変ベーンの全開度にわたって物ばらつきや劣化による影響を適切に修正することはできない。また、このような修正が行われるのは、エンジンの始動時のみである。
However, in the control device disclosed in
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、排気流量可変機構の全開度にわたり、物ばらつきや劣化による影響を修正することができ、また、エンジンの運転中であっても上述のような修正を行うことができる過給圧制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and can correct the influence of object variations and deterioration over the entire opening of the exhaust flow variable mechanism, and also as described above even during engine operation. An object of the present invention is to provide a supercharging pressure control device capable of making a simple correction.
上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、内燃機関(1)に吸入される空気を加圧するコンプレッサホイール(82)と、当該コンプレッサホイールと連結され、前記内燃機関から排出された排気ガスが吹き付けられることで回転駆動するタービンホイール(81)と、を有するターボチャージャ(8)と、開閉動作により前記タービンホイールに吹き付けられる排気の流量を変化させる排気流量可変機構(84,85)と、を備え、実過給圧(P2)が所定の目標過給圧(P2CMD)に一致するように、前記排気流量可変機構の開度を決定する内燃機関の過給圧制御装置であって、実過給圧(P2)が目標過給圧(P2CMD)に一致するように、所定の制御量(PR,P3)に対する目標値(PRCMD,P3CMD)を算出する目標値算出手段(41,421)と、前記制御量及び所定の物理量(T3,P3,G)と、前記排気流量可変機構の開度とを関連付けるモデルに基づいて、前記制御量の目標値(PRCMD,P3CMD)に応じた前記排気流量可変機構の開度指示値(VO,WO)を算出する開度指示値算出手段(422)と、前記モデルに基づいて、前記制御量の実測値(PR,P3)に応じた前記排気流量可変機構の開度推定値(VOHAT,WOHAT)を算出し、当該開度推定値(VOHAT,WOHAT)と前記開度指示値(VO,WO)とが一致するように、前記開度指示値算出手段のモデルを修正する修正パラメータ(a,b)を算出する修正パラメータ算出手段(426)と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の過給圧制御装置において、前記物理量は、前記タービンホイールの上流側の排気圧(P3)、前記タービンホイールの上流側の排気温度(T3)、及び前記タービンホイールを駆動する排気の質量流量(MT)を含むことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the supercharging pressure control device for an internal combustion engine according to the first aspect, the physical quantity includes an exhaust pressure (P3) upstream of the turbine wheel, and an exhaust pressure upstream of the turbine wheel. It includes a temperature (T3) and a mass flow rate (MT) of exhaust gas that drives the turbine wheel.
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の内燃機関の過給圧制御装置において、前記修正パラメータ算出手段は、前記機関の運転状態(NE,TRQ)に応じて修正パラメータ(a,b)を更新する速度を変更することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the supercharging pressure control device for an internal combustion engine according to the first or second aspect, the correction parameter calculation means includes a correction parameter (NE, TRQ) according to an operating state (NE, TRQ) of the engine. The speed of updating a, b) is changed.
請求項4に記載の発明は、請求項1又は2に記載の内燃機関の過給圧制御装置において、前記修正パラメータ算出手段は、前記排気流量可変機構の開度(VO)に応じて修正パラメータ(a,b)を更新する速度を変更することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the supercharging pressure control device for an internal combustion engine according to the first or second aspect, the correction parameter calculating means adjusts the correction parameter according to the opening degree (VO) of the exhaust flow rate variable mechanism. The speed at which (a, b) is updated is changed.
請求項5に記載の発明は、請求項1から3の何れかに記載の内燃機関の過給圧制御装置において、前記排気流量可変機構は、開閉動作により前記タービンホイールに流入する排気の入口面積を変更する可変ベーン(84)を含み、前記モデルは、前記制御量及び所定の物理量と、前記可変ベーンの開度とを関連付けることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the supercharging pressure control device for an internal combustion engine according to any one of the first to third aspects, the exhaust flow rate variable mechanism has an inlet area of the exhaust gas flowing into the turbine wheel by an opening / closing operation. The model includes a variable vane (84) for changing the control amount, and the model associates the control amount and the predetermined physical amount with the opening of the variable vane.
請求項6に記載の発明は、請求項1から3の何れかに記載の内燃機関の過給圧制御装置において、前記排気流量可変機構は、前記タービンホイールの上流側と下流側とをバイパスするバイパス通路を開閉するウェストゲートバルブ(85)を含み、前記モデルは、前記制御量及び所定の物理量と、前記ウェストゲートバルブの開度とを関連付けることを特徴とする。 A sixth aspect of the present invention is the supercharging pressure control device for an internal combustion engine according to any one of the first to third aspects, wherein the exhaust flow rate variable mechanism bypasses the upstream side and the downstream side of the turbine wheel. A wastegate valve (85) for opening and closing a bypass passage is included, and the model is characterized by associating the control amount and a predetermined physical quantity with an opening degree of the wastegate valve.
請求項1に記載の発明によれば、目標値算出手段は、実過給圧が目標過給圧に一致するように、所定の制御量に対する目標値を算出する。また、開度指示値算出手段は、上述の制御量及び所定の物理量と排気流量可変機構の開度とを関連付けるモデルに基づいて、上述の目標値に応じた排気流量可変機構の開度指示値を算出する。排気流量可変機構の開度は、この開度指示値に応じて変更される。 According to the first aspect of the present invention, the target value calculation means calculates the target value for the predetermined control amount so that the actual boost pressure matches the target boost pressure. Further, the opening instruction value calculation means is based on a model that associates the control amount and the predetermined physical quantity with the opening of the exhaust flow variable mechanism, and the opening instruction value of the exhaust flow variable mechanism according to the target value. Is calculated. The opening degree of the exhaust flow rate variable mechanism is changed according to the opening degree instruction value.
ここで、修正パラメータ算出手段は、上述の開度指示値算出手段のモデルに基づいて上述の制御量の実測値に応じた排気流量可変機構の開度推定値を算出し、さらにこの開度推定値と上述の開度指示値とが一致するように、開度指示値算出手段のモデルを修正する修正パラメータを算出する。すなわち、ターボチャージャや排気流量可変機構の物ばらつきや劣化により、開度指示値と開度推定値との間に誤差が生じた場合には、この誤差が無くなるようにモデルを修正する修正パラメータが算出される。以上のようにして、制御量及び所定の物理量と排気流量可変機構の開度とを関連付けるモデルを修正することにより、排気流量可変機構の全開度にわたり、物ばらつきや劣化による影響を修正することができる。また、エンジンの運転中であってもこのような修正を行うことができる。 Here, the correction parameter calculation means calculates the opening estimated value of the exhaust flow variable mechanism according to the measured value of the control amount based on the model of the opening instruction value calculation means, and further, this opening estimation A correction parameter for correcting the model of the opening instruction value calculating means is calculated so that the value matches the above-described opening instruction value. In other words, if an error occurs between the opening command value and the estimated opening value due to variations or deterioration of the turbocharger or exhaust flow variable mechanism, there is a correction parameter that modifies the model to eliminate this error. Calculated. As described above, by correcting the model that associates the control amount and the predetermined physical quantity with the opening degree of the exhaust flow variable mechanism, it is possible to correct the influence of object variations and deterioration over the entire opening degree of the exhaust flow variable mechanism. it can. Further, such correction can be performed even while the engine is operating.
ところで従来では、過給圧のフィードバック制御を行う場合、ターボチャージャや排気流量可変機構の劣化を想定して、フィードバックゲインは低めに設定される。この構成によれば、ターボチャージャや排気流量可変機構の劣化に応じてモデルを修正するので、従来と比較してフィードバックゲインを高めに設定することができる。このため、制御性を向上することができる。 By the way, conventionally, when feedback control of the supercharging pressure is performed, the feedback gain is set to be low in consideration of deterioration of the turbocharger and the exhaust flow variable mechanism. According to this configuration, the model is modified according to the deterioration of the turbocharger and the exhaust flow rate variable mechanism, so that the feedback gain can be set higher than in the conventional case. For this reason, controllability can be improved.
請求項2に記載の発明によれば、モデルは、タービンホイールの上流側の排気圧、タービンホイールの上流側の排気温度、及びタービンホイールを駆動する排気の質量流量といったエンジンの運転状況によって変化する物理量と、排気流量可変機構の開度とを関連付ける。このようなモデルを、上述のようにして修正することにより、あらゆる運転状況下であっても、排気流量可変機構の開度を的確に修正することができる。 According to the second aspect of the present invention, the model changes depending on the engine operating conditions such as the exhaust pressure upstream of the turbine wheel, the exhaust temperature upstream of the turbine wheel, and the mass flow rate of the exhaust driving the turbine wheel. The physical quantity is associated with the opening of the exhaust flow variable mechanism. By correcting such a model as described above, it is possible to accurately correct the opening of the exhaust flow variable mechanism even under any operating conditions.
請求項3に記載の発明によれば、修正パラメータ算出手段は、内燃機関の運転状態に応じて、モデルを修正する修正パラメータの更新速度を変更する。ところで、このモデルに基づいて排気流量可変機構の開度を決定する場合、モデルにおいて参照される物理量を検出するかあるいは推定する必要がある。しかしながら、内燃機関の運転状態によっては物理量の検出値や推定値に大きな誤差がある。このような運転状態では、モデルの修正が不安定になる場合がある。この発明によれば、例えば、物理量の検出値や推定値の誤差が大きい運転状態では、修正パラメータの更新速度を遅くしたり、逆に物理量の検出値や推定値の誤差が小さい運転状態では、修正パラメータの更新速度を速くしたりすることができる。これにより、安定したモデルの修正が可能となる。
また、上述のモデルは、所定の物理量と排気流量可変機構の開度とを関連付けるものであるが、運転状態によっては出現頻度の低い物理量と開度との組み合わせが存在する。この発明によれば、例えば、このような運転状態では、他の運転状態よりも更新速度を速くすることにより、モデルの修正精度を向上することができる。
According to the invention described in claim 3, the correction parameter calculation means changes the update speed of the correction parameter for correcting the model in accordance with the operating state of the internal combustion engine. By the way, when determining the opening degree of the exhaust flow variable mechanism based on this model, it is necessary to detect or estimate a physical quantity referred to in the model. However, depending on the operation state of the internal combustion engine, there is a large error in the detected value or estimated value of the physical quantity. In such an operating state, the model correction may become unstable. According to the present invention, for example, in an operating state in which the detected value of the physical quantity and the error in the estimated value are large, the update speed of the correction parameter is slowed. The update speed of the correction parameter can be increased. As a result, a stable model can be corrected.
Moreover, although the above-mentioned model associates a predetermined physical quantity with the opening of the exhaust flow variable mechanism, there is a combination of a physical quantity and an opening with a low appearance frequency depending on the operating state. According to the present invention, for example, in such an operation state, the correction accuracy of the model can be improved by increasing the update speed compared to other operation states.
請求項4に記載の発明によれば、修正パラメータ算出手段は、排気流量可変機構の開度に応じて、モデルを修正する修正パラメータの更新速度を変更する。ところで、排気流量可変機構の開度は、一般的には非線形な特性を有する。具体的には、開度の絞り側では開度変化量に対するタービン流量もしくは排気圧変化量が大きく、開度の開き側では開度変化量に対するタービン流量もしくは排気圧変化量が小さくなっている。このような非線形特性を有する排気流量可変機構の開度を決定するモデルに対し、上述のように開度に応じて修正パラメータの更新速度を変更することにより、モデルの修正精度を向上することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the correction parameter calculation means changes the update speed of the correction parameter for correcting the model according to the opening degree of the exhaust flow rate variable mechanism. By the way, the opening degree of the exhaust flow variable mechanism generally has a non-linear characteristic. Specifically, the turbine flow rate or the exhaust pressure change amount with respect to the opening change amount is large on the throttle side of the opening, and the turbine flow rate or exhaust pressure change amount with respect to the opening change amount is small on the opening side. In contrast to a model that determines the opening degree of the exhaust flow rate variable mechanism having such nonlinear characteristics, the correction accuracy of the model can be improved by changing the update speed of the correction parameter according to the opening degree as described above. it can.
<第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態を、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る内燃機関及びその過給圧制御装置の構成を示す図である。内燃機関(以下「エンジン」という)1は、シリンダ7の燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、シリンダ7には図示しない燃料噴射弁が設けられている。これら燃料噴射弁は、電子制御ユニット(以下「ECU」という)40により電気的に接続されており、燃料噴射弁の開弁時間及び閉弁時間は、ECU40により制御される。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine and a supercharging pressure control device thereof according to the present embodiment. An internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 1 is a diesel engine that directly injects fuel into a combustion chamber of a cylinder 7, and the cylinder 7 is provided with a fuel injection valve (not shown). These fuel injection valves are electrically connected by an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 40, and the valve opening time and valve closing time of the fuel injection valve are controlled by the
エンジン1には、吸気が流通する吸気管2と、排気が流通する排気管4と、排気管4内の排気の一部を吸気管2に還流する排気還流通路6と、吸気管2に吸気を圧送するターボチャージャ8とが設けられている。
The
吸気管2は、吸気マニホールドの複数の分岐部を介してエンジン1の各シリンダ7の吸気ポートに接続されている。排気管4は、排気マニホールドの複数の分岐部を介してエンジン1の各シリンダ7の排気ポートに接続されている。排気還流通路6は、排気管4から分岐し吸気管2に至る。
The
ターボチャージャ8は、排気管4に設けられたタービンホイール81と、吸気管2に設けられたコンプレッサホイール82と、これらタービンホイール81とコンプレッサホイール82とを連結するタービンシャフト83と、を備える。タービンホイール81は、エンジン1から排出された排気が吹き付けられることで回転駆動する。コンプレッサホイール82は、タービンホイール81により回転駆動され、エンジン1の吸気を加圧し吸気管2内へ圧送する。
The
この他、ターボチャージャ8は、タービンホイール81に吹き付けられる排気の流量を変化させる排気流量可変機構として、可変ベーン84や、ウェストゲートバルブ85を備える。可変ベーン84は、その開閉動作によりタービンホイール81に流入する排気の入口面積を変更し、これにより、タービンホイール81に吹き付けられる排気の流量を変えるとともに、タービンホイール81の回転速度を変えることができる。この可変ベーン84は、図示しないアクチュエータを介してECU40に接続されており、その開度はECU40により制御される。
In addition, the
ウェストゲートバルブ85は、排気管4のうちタービンホイール81の上流側と下流側とをバイパスするバイパス通路86に設けられ、このバイパス通路86を開閉する。すなわち、このウェストゲートバルブ85を開閉し、排気の一部を、タービンホイール81を介さずに排出することにより、タービンホイール81に吹き付けられる排気の流量を変えることができる。このウェストゲートバルブ85は、図示しないアクチュエータを介してECU40に接続されており、その開度はECU40により制御される。
The
吸気管2のうち、ターボチャージャ8の下流側には、ターボチャージャ8により加圧された空気を冷却するインタークーラ5と、エンジン1の吸入空気量を制御するスロットル弁9とが設けられている。このスロットル弁9は、図示しないアクチュエータを介してECU40に接続されており、その開度はECU40により制御される。
An
排気管4のうち、ターボチャージャ8の下流側には、排気中に含まれる粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ15が設けられている。
A
排気還流通路6は、排気管4と吸気管2の吸気マニホールドとを接続し、エンジン1から排出された排気の一部を還流する。排気還流通路6には、還流する排気の流量を制御するEGR弁13が設けられている。EGR弁13は、図示しないアクチュエータを介してECU40に接続されており、その弁開度はECU40により制御される。
The exhaust
ECU40には、吸気管2のうちコンプレッサホイール82の下流側の吸気圧すなわち過給圧P2を検出する過給圧センサ21、排気管4のうちタービンホイール81の上流側の排気圧(以下、「上流側排気圧」という)P3を検出する上流側排気圧センサ22、排気管4のうちタービンホイール81の下流側の排気圧(以下、「下流側排気圧」という)P4を検出する下流側排気圧センサ23、排気管4のうちタービンホイール81の上流側の排気温度(以下、「上流側排気温度」という)T3を検出する上流側排気温度センサ24、エンジン1のクランク軸の回転角度を検出するクランク角度位置センサ25、及びエンジン1により駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量APを検出するアクセルペダルセンサ26が接続されており、これらセンサの検出信号は、ECU40に供給される。また、エンジン1の回転数(以下、「エンジン回転数」という)NEは、クランク角度位置センサ25の出力に基づいて、ECU40により算出される。
The
ECU40は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット(以下「CPU」という)とを備える。この他、ECU40は、CPUで実行される各種演算プログラム及び演算結果などを記憶する記憶回路と、ターボチャージャ8の可変ベーン84及びウェストゲートバルブ85、スロットル弁9、EGR弁13、並びにエンジン1の燃料噴射弁を駆動する各アクチュエータに制御信号を出力する出力回路とを備える。
The
次に、可変ベーン84のベーン開度を制御する過給圧制御について、図2から図7を参照して説明する。
図2は、過給圧制御を実行するためのモジュールの構成を示すブロック図である。このモジュールの機能は、上述のようなハードウェア構成を備えるECU40により実現される。
Next, the supercharging pressure control for controlling the vane opening degree of the
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a module for executing supercharging pressure control. The function of this module is realized by the
図2に示すモジュールは、目標上流側排気圧算出部41とベーン開度制御部42との2つのフィードバックコントローラを含んで構成され、実過給圧P2が後述の目標過給圧P2CMDに一致するように、ベーン開度の指示値(以下、単に「ベーン開度」という)VOを決定する。より具体的には、これら目標上流側排気圧算出部41及びベーン開度制御部42により、2つの制御出力(実過給圧P2と、実上流側排気圧P3又は実前後排気圧力比PR(=P3/P4))に基づいて、所謂カスケード制御によりベーン開度VOを決定する。
The module shown in FIG. 2 includes two feedback controllers, a target upstream side exhaust
目標上流側排気圧算出部41は、過給圧制御器412と、目標値リミッタ414と、目標値フィルタ416と、を含んで構成される。
過給圧制御器412は、実過給圧P2が後述の目標過給圧P2CMDに一致するように、上流側排気圧の目標値(以下、「目標上流側排気圧」という)P3CMDを算出する。具体的には、実過給圧P2と目標過給圧P2CMDとの偏差Eを下記式(1)で定義し、この偏差E(k)が0に収束するように、後述のスライディングモード制御に基づいて制御入力U(コントローラの出力)を算出し、算出した制御入力Uを目標上流側排気圧P3CMDに変換する。
The supercharging
ここで、記号(k)は、離散化した時間を示す記号であり、所定の制御周期毎に検出又は算出されたデータであることを示す。すなわち、記号(k)が今回の制御タイミングにおいて検出又は算出されたデータであるとした場合、記号(k−1)は前回の制御タイミングにおいて検出又は算出されたデータであることを示す。なお、以下の説明においては、記号(k)を適宜、省略する。 Here, the symbol (k) is a symbol indicating the discretized time, and indicates that the data is detected or calculated every predetermined control period. That is, when the symbol (k) is data detected or calculated at the current control timing, the symbol (k-1) indicates data detected or calculated at the previous control timing. In the following description, the symbol (k) is omitted as appropriate.
次に、下記式(2)〜(5)に示すスライディングモード制御のアルゴリズムについて説明する。スライディングモード制御とは、制御量の収束速度を指定できる所謂応答指令型制御を発展させたものであり、制御量の目標値に対する追従速度と、外乱が印加された場合の制御量の収束速度を個別に指定できる制御である。
上記式(2)に示すように、制御入力U(k)は、上記式(3)に示す到達則入力URCH(k)と、上記式(4)に示す適応則入力UADP(k)との和により算出される。
到達則入力URCH(k)は、偏差E(k)を後述の切換直線上に載せるための入力であり、上記式(5)に示す切換関数σ(k)に所定の到達則制御ゲインKRCHを乗算することで算出される。
適応則入力UADP(k)は、モデル化誤差や外乱の影響を抑制し、偏差E(k)を後述の切換直線に載せるための入力であり、切換関数σ(k)の積分値に所定の適応則制御ゲインKADPを乗算することで算出される。
As shown in the above equation (2), the control input U (k) includes the reaching law input U RCH (k) shown in the above equation (3) and the adaptive law input U ADP (k) shown in the above equation (4). It is calculated by the sum of.
The reaching law input U RCH (k) is an input for placing the deviation E (k) on a switching straight line described later, and a predetermined reaching law control gain K is added to the switching function σ (k) shown in the above equation (5). Calculated by multiplying by RCH .
The adaptive law input U ADP (k) is an input for suppressing the influence of modeling errors and disturbances, and placing the deviation E (k) on a switching straight line, which will be described later, and has a predetermined integral value of the switching function σ (k). Is calculated by multiplying the adaptive law control gain K ADP .
切換関数σ(k)は、上記式(5)に示すように、今回制御時の偏差E(k)と、前回制御時の偏差E(k−1)に所定の切換関数設定パラメータVPOLEを乗算したものとの和により算出される。 As shown in the above equation (5), the switching function σ (k) is multiplied by a predetermined switching function setting parameter VPOLE to the deviation E (k) at the current control and the deviation E (k−1) at the previous control. It is calculated by the sum of
ここで、切換関数設定パラメータVPOLEと、偏差E(k)の収束速度との関係について説明する。
上記式(5)に示すように、横軸を前回制御時の偏差E(k−1)とし、縦軸を今回制御時の偏差E(k)と定義した位相平面内では、切換関数σ(k)=0を満たす偏差E(k)及びE(k−1)の組み合わせは、傾きが−VPOLEの直線となる。特にこの直線は、切換直線と呼ばれる。また、この切換直線上では、−VPOLEを1より小さく0より大きい値に設定することにより、E(k−1)>E(k)となるので、偏差E(k)は0に収束することとなる。スライディングモード制御は、この切換直線上における偏差E(k)の振る舞いに着目した制御となっている。
すなわち、今回制御時の偏差E(k)と前回制御時の偏差E(k−1)との組み合わせが、この切換直線上に載るように制御を行うことで、外乱やモデル化誤差に対してロバストな制御を実現し、制御量をその目標値に対し過剰なオーバシュートすることなく収束させることができる。
Here, the relationship between the switching function setting parameter VPOLE and the convergence speed of the deviation E (k) will be described.
As shown in the above equation (5), in the phase plane in which the horizontal axis is the deviation E (k−1) at the previous control and the vertical axis is the deviation E (k) at the current control, the switching function σ ( k) A combination of deviations E (k) and E (k−1) satisfying 0 is a straight line having a slope of −VPOLE. In particular, this straight line is called a switching straight line. On this switching line, by setting −VPOLE to a value smaller than 1 and larger than 0, E (k−1)> E (k) is satisfied, so that the deviation E (k) converges to 0. It becomes. The sliding mode control is a control that pays attention to the behavior of the deviation E (k) on the switching straight line.
That is, by performing control so that the combination of the deviation E (k) at the current control time and the deviation E (k−1) at the previous control time is on this switching straight line, disturbances and modeling errors can be prevented. Robust control can be realized, and the control amount can be converged without excessive overshoot with respect to the target value.
目標過給圧P2CMDは、目標過給圧設定部43により、エンジン1の運転状態に応じて適宜設定される。具体的には、目標過給圧P2CMDは、踏み込み量APに応じて算出される要求トルクTRQに応じて基本燃料量TI(具体的には、燃料噴射弁の開弁時間)を算出し、この基本燃料量TI及びエンジン回転数NEに応じて設定される。また、この目標過給圧P2CMDは、基本燃料量TIが増加するほど、またエンジン回転数NEが高くなるほど大きくなるように設定される。したがって、アクセルペダルが踏み込まれる加速時においては、目標過給圧P2CMDはステップ状に増加する。
The target boost pressure P2CMD is appropriately set by the target boost
目標値リミッタ414は、目標上流側排気圧P3CMDに対し、所定のリミット値P3LMTを上限値とするリミット処理を施す。すなわち、算出された目標上流側排気圧P3CMDが所定のリミット値P3LMTより大きい場合には、このリミット値P3LMTを目標上流側排気圧とする。
The
目標値フィルタ416は、リミット処理が施された目標上流側排気圧P3CMDに対し、以下に示すフィルタ処理を施すことにより、実際に成しうる目標上流側排気圧を算出する。具体的には、下記式(6)に示す一次遅れフィルタアルゴリズムにより、目標上流側排気圧P3CMDのフィルタ値P3CMDFを算出する。なお、下記式(6)において、Rは目標値フィルタ係数であり、−1から0の間に設定される。また以下では、特に混同のおそれが無い限り、目標上流側排気圧P3CMDのフィルタ値P3CMDFを、単に目標上流側排気圧という。
ベーン開度制御部42は、排気圧制御器421と、ベーン開度決定部422と、修正パラメータ算出部426と、を含んで構成され、実上流側排気圧P3が目標上流側排気圧P3CMDに一致するように、ベーン開度VOを決定する。
The vane opening
排気圧制御器421は、上述の実上流側排気圧P3が目標上流側排気圧P3CMDFに一致するように、すなわち、実過給圧P2が目標過給圧P2CMDに一致するように、実前後排気圧力比PRの目標値(以下、「目標前後排気圧力比」という)PRCMDを算出する。
The
具体的には、排気圧制御器421では、実上流側排気圧P3と目標上流側排気圧P3CMDFとの偏差E(k)を下記式(7)で定義し、この偏差E(k)が0に収束するように、上記式(2)〜(5)に示すスライディングモード制御に基づいて制御入力Uを算出し、算出した制御入力Uを目標前後排気圧力比PRCMDに変換する。
ベーン開度決定部422は、後述のタービンモデルに基づいて、排気圧制御器421により算出された目標前後排気圧力比PRCMDに応じたベーン開度VOを算出する。より具体的には、ベーン開度決定部422は、基準開度決定部423によりベーン開度の基準値(以下、「基準ベーン開度」という)VOBSを算出し、この基準ベーン開度VOBSを基準開度修正部424により修正し、修正した開度をベーン開度VOとして決定する。
The vane opening
基準開度決定部423では、以下に示すように、ターボチャージャ8のタービンホイール81の動特性を記述するタービンモデルに基づいて基準ベーン開度VOBSを算出する。
The reference opening
図3は、ターボチャージャ及び可変ベーンの基準の状態における各ベーン開度での流量特性を示す図であり、基準開度決定部により参照されるタービンモデルの具体的な例を示す図である。この図3において、横軸は前後排気圧力比PRを示し、縦軸は修正流量Gを示す。流量特性とは、ベーン開度を一定に保った状態での前後排気圧力比PRと修正流Gとの関係を示すものである。図3には、ベーン開度を20%,40%,60%,80%,100%にした場合における流量特性のみを示す。なお、本実施形態では、ターボチャージャ及び可変ベーンの新品の状態を基準の状態とする。 FIG. 3 is a diagram showing the flow characteristics at each vane opening in the reference state of the turbocharger and the variable vane, and is a diagram showing a specific example of the turbine model referred to by the reference opening determining unit. In FIG. 3, the horizontal axis represents the front / rear exhaust pressure ratio PR, and the vertical axis represents the corrected flow rate G. The flow rate characteristic indicates a relationship between the front / rear exhaust pressure ratio PR and the corrected flow G in a state where the vane opening degree is kept constant. FIG. 3 shows only the flow characteristics when the vane opening is 20%, 40%, 60%, 80%, and 100%. In the present embodiment, the new state of the turbocharger and the variable vane is used as a reference state.
修正流量Gは、タービンホイールを駆動する排気の質量流量、すなわちタービンホイールを通過した排気の質量流量(以下、「タービン通過流量」という)MTを、上流側排気温度T3及び上流側排気圧P3のもとで修正した流量を示す。この修正流量Gは、所定の定義式に基づいて、タービン通過流量MT、上流側排気温度T3、及び上流側排気圧P3に応じて算出される。 The corrected flow rate G is the mass flow rate of the exhaust gas that drives the turbine wheel, that is, the mass flow rate of the exhaust gas that has passed through the turbine wheel (hereinafter referred to as “turbine flow rate”) MT, and the upstream exhaust temperature T3 and the upstream exhaust pressure P3. The original corrected flow rate is shown. The corrected flow rate G is calculated according to the turbine passage flow rate MT, the upstream side exhaust temperature T3, and the upstream side exhaust pressure P3 based on a predetermined definition formula.
図3に示すように、ベーン開度を一定に保った状態では、前後排気圧力比PRが大きくなるに従い、修正流量Gも大きくなる。また、どのベーン開度においても、前後排気圧力比が所定の値よりも大きくなると、修正流量Gは略一定となる。
また、図3に示すように、各ベーン開度における流量特性曲線の間隔は、ベーン開度が大きくなるに従い(可変ベーンが開き側になるに従い)、狭くなる。これは、可変ベーンの開き側での作動に対する過給圧及び上流側排気圧の変化は、絞り側での作動に対する過給圧及び上流側排気圧の変化よりも小さいことを示している。すなわち、ベーン開度は、過給圧や上流側排気圧に対し非線形な特性を有する。
As shown in FIG. 3, in a state where the vane opening degree is kept constant, the corrected flow rate G increases as the front / rear exhaust pressure ratio PR increases. Further, at any vane opening, the corrected flow rate G becomes substantially constant when the front-rear exhaust pressure ratio becomes larger than a predetermined value.
Further, as shown in FIG. 3, the interval between the flow rate characteristic curves at each vane opening becomes narrower as the vane opening becomes larger (as the variable vane becomes the opening side). This indicates that changes in the supercharging pressure and the upstream exhaust pressure with respect to the operation on the opening side of the variable vane are smaller than changes in the supercharging pressure and the upstream exhaust pressure with respect to the operation on the throttle side. That is, the vane opening has a non-linear characteristic with respect to the supercharging pressure or the upstream exhaust pressure.
図2に戻って、基準開度決定部423では、前後排気圧力比PR及び修正流量Gと、可変ベーンの開度とが関連付けられた上述のようなタービンモデルに基づいて、目標前後排気圧力比PRCMD及び修正流量Gに応じたベーン開度を算出し、これを基準ベーン開度VOBSとする。
Returning to FIG. 2, the reference opening
基準開度修正部424は、後述の修正パラメータ同定器428により決定された修正パラメータに基づいて基準ベーン開度VOBSを修正し、これをベーン開度VOとして決定する。
The reference opening
図4は、指示ベーン開度と、実ベーン開度との相関関係を示す図である。上述の基準の状態のターボチャージャ及び可変ベーンを備えるシステムでは、図4に示すように、実ベーン開度と指示ベーン開度はほぼ等しい。この場合、実際のターボチャージャや可変ベーンの動特性が上述のモデルにより再現されている、すなわちモデル化による誤差は無いため、上述の基準ベーン開度VOBSを修正する必要はない。 FIG. 4 is a diagram illustrating a correlation between the instruction vane opening and the actual vane opening. In the system including the turbocharger and the variable vane in the above-described reference state, the actual vane opening and the instruction vane opening are substantially equal as shown in FIG. In this case, the dynamic characteristics of the actual turbocharger and variable vane are reproduced by the above-described model, that is, there is no error due to modeling, and therefore it is not necessary to correct the above-described reference vane opening VOBS.
このような実ベーン開度の理想的な初期特性を有するシステムに対し、物ばらつきがあるターボチャージャや可変ベーンを備えるシステムや、劣化したターボチャージャや可変ベーンを備えるシステムでは、実ベーン開度と指示ベーン開度との間の相関関係は変化する。すなわち、指示ベーン開度と実ベーン開度との間にずれが生じる。この場合、実際のターボチャージャや可変ベーンの動特性が上述のモデルにより再現されていない、すなわちモデル化による誤差が生じるため、上述の基準ベーン開度VOBSを修正する必要がある。 In contrast to systems with ideal initial characteristics of actual vane opening, in systems with turbochargers and variable vanes with variations, and systems with deteriorated turbochargers and variable vanes, the actual vane opening and The correlation between the indicated vane opening changes. That is, a deviation occurs between the instruction vane opening and the actual vane opening. In this case, the dynamic characteristics of the actual turbocharger and variable vane are not reproduced by the above-described model, that is, an error due to modeling occurs, so that the above-described reference vane opening VOBS needs to be corrected.
本実施形態では、このような物ばらつきや劣化を原因とした、実ベーン開度の特性の変化を再現する誤差モデルを設定し、この誤差モデルに基づいて基準ベーン開度VOBSを修正する。 In the present embodiment, an error model that reproduces changes in the characteristics of the actual vane opening caused by such object variations and deterioration is set, and the reference vane opening VOBS is corrected based on this error model.
図4の破線は、誤差モデルの一例を示す。図4に示すように、この誤差モデルは、物ばらつきや劣化を原因とした実ベーン開度の特性の変化を一次関数で再現したものである。このような誤差モデルによれば、例えば、可変ベーンを絞りきっても絞りきれなくなった状態を再現することができる。誤差モデルとしては、このような一次関数の他、様々な関数が考えられる。 The broken line in FIG. 4 shows an example of the error model. As shown in FIG. 4, this error model is a reproduction of a change in the characteristics of the actual vane opening degree caused by the object variation and deterioration by a linear function. According to such an error model, for example, it is possible to reproduce a state where the variable vane is not fully squeezed. In addition to such a linear function, various functions can be considered as the error model.
図2に戻って、基準開度修正部424では、上述のような一次関数で設定された誤差モデルに基づいて基準ベーン開度VOBSを修正する。より具体的には、下記式(8)に基づいて基準ベーン開度VOBSを修正し、これをベーン開度VOとして決定する。なお、修正パラメータa(k),b(k)は、後述の修正パラメータ同定器428により同定されたものが用いられる。
以上のようにして決定されたベーン開度VOは、図示しない変換器により、この開度に対応するデューティ比Dutyの制御信号に変換された後、可変ベーンを駆動するアクチュエータに供給される。 The vane opening degree VO determined as described above is converted into a control signal having a duty ratio Duty corresponding to the opening degree by a converter (not shown) and then supplied to an actuator for driving the variable vane.
修正パラメータ算出部426は、ベーン開度推定部427及び修正パラメータ同定器428を備え、上述の修正パラメータa,bを算出する。
The correction
ベーン開度推定部427は、上述のタービンモデルに基づいて、実前後排気圧力比PR及び修正流量Gに応じたベーン開度を算出し、これを推定ベーン開度VOHATとする。
The vane opening
修正パラメータ同定器428は、推定ベーン開度VOHATと基準ベーン開度VOBSに基づいて、推定ベーン開度VOHATとベーン開度VOとが一致するように、修正パラメータa,bを同定する。
The
具体的には、以下に示す逐次型最小2乗法アルゴリズムにより、修正パラメータa,bを逐次同定する。この逐次型最小2乗法アルゴリズムでは、修正パラメータの最新値a(k),b(k)は、修正パラメータの前回値a(k−1),b(k−1)と推定ベーン開度の最新値VOHAT(k)及び基準ベーン開度の最新値VOBS(k)とに基づいて算出される。 Specifically, the correction parameters a and b are sequentially identified by the following sequential least square algorithm. In this sequential least square algorithm, the latest values a (k) and b (k) of the correction parameters are the latest values of the previous values a (k−1) and b (k−1) of the correction parameters and the estimated vane opening. It is calculated based on the value VOHAT (k) and the latest value VOBS (k) of the reference vane opening.
先ず、修正パラメータa(k),b(k)を成分とするベクトルθ(k)と、基準ベーン開度VOBS(k)及び「1」を成分とするベクトルζ(k)を、下記式(9)で定義する。
また、これらベクトルθ(k)及びζ(k)の積により、下記式(10)に示すように同定値VOHAT_HAT(k)を定義する。
Also, an identification value VOHAT_HAT (k) is defined by the product of these vectors θ (k) and ζ (k) as shown in the following equation (10).
次に、下記式(11)に示すように、この推定ベーン開度VOHAT(k)と同定値VOHAT_HAT(k)との偏差で同定誤差E(k)を定義する。
逐次型最小2乗法アルゴリズムでは、この同定誤差E(k)が最小になるように、すなわち、推定ベーン開度VOHAT(k)と上記式(8)で決定されたベーン開度VO(k)とが一致するように、下記式(12)〜(14)に基づいて、修正パラメータa,bを決定する。
ここで、上記式(14)において、「I」は単位行列である。また、λ1及びλ2は、重みパラメータであり、これらパラメータの設定により、同定アルゴリズムは以下に示す5つのアルゴリズムに分類される。
λ1=1,λ2=1 最小2乗法アルゴリズム
λ1=λ(0<λ≦1),λ2=1 重み付き最小2乗法アルゴリズム
λ1=1,λ2=0 固定ゲインアルゴリズム
λ1=1,λ2=λ(0<λ<2) 漸近ゲインアルゴリズム
λ1/λ2=σ(固定値) 固定トレースアルゴリズム
Here, in the above formula (14), “I” is a unit matrix. Further, λ 1 and λ 2 are weight parameters, and the identification algorithm is classified into the following five algorithms by setting these parameters.
λ 1 = 1, λ 2 = 1 least square algorithm λ 1 = λ (0 <λ ≦ 1), λ 2 = 1 weighted least square algorithm λ 1 = 1, λ 2 = 0 fixed gain algorithm λ 1 = 1, λ 2 = λ (0 <λ <2) Asymptotic gain algorithm λ 1 / λ 2 = σ (fixed value) Fixed trace algorithm
また、上記式(12)において、ベクトルθ(k−1)に乗算された行列M(k)は、忘却係数行列である。この忘却係数行列M(k)は、下記式(15)に示すように、対角成分を忘却係数ρ1,ρ2とした対角行列である。
このような忘却係数行列M(k)を前回時のベクトルθ(k−1)に乗算しておくことにより、例えば、最新のベクトルθ(k)において、m周期前の制御時のベクトルθ(k−m)に関するデータは、ρのm乗で抑制されることとなる。したがって、これら忘却係数ρ1,ρ2には、前回制御時までのデータを忘却するとともに、新しいデータで更新する効果がある。 By multiplying the forgetting coefficient matrix M (k) by the previous vector θ (k−1), for example, in the latest vector θ (k), the vector θ ( k−m) is suppressed by the power of ρ to the mth power. Therefore, these forgetting factors ρ 1 and ρ 2 have the effect of forgetting data up to the previous control and updating it with new data.
忘却係数ρ1,ρ2を「1」に近づけることにより前回制御時までのデータを忘却しにくくできる。すなわち、忘却係数ρ1,ρ2を「1」に近づけることにより、データθ(k)の更新速度を比較的遅くすることができる。
また、忘却係数ρ1,ρ2を「1」から小さくすることにより前回制御時までのデータを忘却しやすくすることができる。すなわち、忘却係数ρ1,ρ2を「1」から小さくすることにより、データθ(k)の更新速度を比較的速くすることができる。
By making the forgetting factors ρ 1 and ρ 2 close to “1”, it is possible to make it difficult to forget data until the previous control. That is, by making the forgetting factors ρ 1 and ρ 2 close to “1”, the update rate of the data θ (k) can be made relatively slow.
Further, by making the forgetting factors ρ 1 and ρ 2 smaller from “1”, the data up to the previous control can be easily forgotten. That is, by reducing the forgetting factors ρ 1 and ρ 2 from “1”, the update rate of the data θ (k) can be made relatively fast.
また、本実施形態では、この忘却係数ρ1,ρ2を、エンジンの運転状態、あるいは、ベーン開度に応じて変更する。 In the present embodiment, the forgetting factors ρ 1 and ρ 2 are changed according to the operating state of the engine or the vane opening.
図5及び図6は、忘却係数ρ1,ρ2を決定するためのマップの一例を示す図である。より具体的には、図5は、エンジンの運転状態(要求トルクTRQ及びエンジン回転数)に応じて忘却係数ρ1,ρ2を決定するためのマップを示す図であり、図6は、ベーン開度(VO)に応じて忘却係数ρ1,ρ2を決定するためのマップを示す図である。 5 and 6 are diagrams showing examples of maps for determining the forgetting factors ρ 1 and ρ 2 . More specifically, FIG. 5 is a diagram showing a map for determining the forgetting factors ρ 1 and ρ 2 according to the engine operating state (required torque TRQ and engine speed), and FIG. It is a figure which shows the map for determining forgetting factor (rho) 1 , (rho) 2 according to opening degree (VO).
図5に示すように、エンジンの運転状態に応じて忘却係数ρ1,ρ2を変更する場合、高回転かつ高負荷の領域では、忘却係数ρ1,ρ2を比較的小さな値に設定し、修正パラメータの更新速度を速めにする。また、低回転かつ低負荷の領域では、忘却係数ρ1,ρ2を比較的大きな値に設定し、修正パラメータの更新速度を遅めにする。 As shown in FIG. 5, when the forgetting factors ρ 1 and ρ 2 are changed in accordance with the operating state of the engine, the forgetting factors ρ 1 and ρ 2 are set to relatively small values in a high rotation and high load region. Increase the update speed of the correction parameters. In the region of low rotation and low load, the forgetting factors ρ 1 and ρ 2 are set to relatively large values, and the update speed of the correction parameter is made slower.
また、図6に示すように、ベーン開度に応じて忘却係数ρ1,ρ2を変更する場合、ベーン開度の開き側では、忘却係数ρ1,ρ2を比較的小さな値に設定し、修正パラメータの更新速度を速めにする。また、ベーン開度の絞り側では、忘却係数ρ1,ρ2を比較的大きな値に設定し、修正パラメータの更新速度を遅めにする。 As shown in FIG. 6, when changing the forgetting factors ρ 1 and ρ 2 according to the vane opening, the forgetting factors ρ 1 and ρ 2 are set to relatively small values on the opening side of the vane opening. Increase the update speed of the correction parameters. In addition, on the throttle side of the vane opening, the forgetting factors ρ 1 and ρ 2 are set to relatively large values, and the update speed of the correction parameter is made slower.
式(12)〜(14)に示すように、逐次型最小2乗法アルゴリズムでは、逆行列の演算が不要であり、また、修正パラメータの最新値a(k),b(k)を同定するために必要となるのは、修正パラメータの前回値a(k−1),b(k−1)と、推定ベーン開度の最新値VOHAT(k)及び基準ベーン開度の最新値VOBS(k)のみである。この点は、逆行列の演算が必要であり、かつ、パラメータの過去の値が必要な通常の最小2乗法アルゴリズムとは大きく異なる点である。したがって、以上のような逐次型最小2乗法アルゴリズムで修正パラメータa,bを同定することにより、通常の最小2乗法アルゴリズムにより同定した場合と比較して、演算にかかる負担を大幅に軽減することができる。このため、比較的小さな容量のメモリを備える車載用のコンピュータに適した統計処理演算であるといえる。 As shown in the equations (12) to (14), the recursive least square algorithm does not require an inverse matrix operation, and identifies the latest values a (k) and b (k) of the correction parameters. What is required is the previous values a (k−1) and b (k−1) of the correction parameters, the latest value VOHAT (k) of the estimated vane opening, and the latest value VOBS (k) of the reference vane opening. Only. This is a point that is greatly different from a normal least squares algorithm that requires computation of an inverse matrix and requires past values of parameters. Therefore, by identifying the correction parameters a and b by the above-described sequential least square algorithm, the burden on the calculation can be greatly reduced as compared with the case of identifying by the ordinary least square algorithm. it can. For this reason, it can be said that this is a statistical processing calculation suitable for an in-vehicle computer having a relatively small memory.
次に、図7を参照して、本実施形態の過給圧制御装置による過給圧制御のシミュレーションの結果について説明する。 Next, with reference to FIG. 7, the result of the supercharging pressure control simulation by the supercharging pressure control device of the present embodiment will be described.
図7は、過給圧制御のシミュレーションの結果を示す図である。
図7には、基準状態に対し物ばらつきが生じた場合における過給圧とベーン開度のシミュレーション結果を示す。より具体的には、本実施形態のように修正パラメータでタービンモデルを修正した場合のシミュレーション結果を実線で示し、基準状態のままタービンモデルを修正しなかった場合のシミュレーション結果を破線で示す。
FIG. 7 is a diagram illustrating a result of simulation of supercharging pressure control.
FIG. 7 shows a simulation result of the supercharging pressure and the vane opening when the object variation occurs with respect to the reference state. More specifically, the simulation result when the turbine model is corrected with the correction parameters as in the present embodiment is indicated by a solid line, and the simulation result when the turbine model is not corrected in the reference state is indicated by a broken line.
図7に示すように、ステップ状に変化する目標過給圧に対し、ターボチャージャ及び可変ベーンが基準状態にある場合は、実過給圧は速やかに目標過給圧に追従する。 As shown in FIG. 7, when the turbocharger and the variable vane are in the reference state with respect to the target supercharging pressure that changes stepwise, the actual supercharging pressure quickly follows the target supercharging pressure.
これに対し、物ばらつきを与えると、指示開度と実開度との間にずれが生じる。すなわち、絞りきっても絞りきれない状況が発生する。ここで、本実施形態のようにタービンモデルを修正した場合と修正しなかった場合とを比較する。 On the other hand, when an object variation is given, a deviation occurs between the indicated opening and the actual opening. That is, a situation occurs in which the aperture cannot be fully throttled. Here, the case where the turbine model is corrected as in the present embodiment is compared with the case where the turbine model is not corrected.
タービンモデルを修正しなかった場合、前後排気圧力比と過給圧との関係が基準状態からずれているため、図7に示すように、目標過給圧に対し実過給圧に追従遅れが発生し、結果として振動してしまう。
これに対して、タービンモデルを修正した場合、前後排気圧力比と過給圧との関係を適切に修正することで、目標過給圧に対する実過給圧の追従性を安定させることができる。したがって、上述のような実過給圧の振動は発生しない。
If the turbine model is not modified, the relationship between the front / rear exhaust pressure ratio and the supercharging pressure is deviated from the reference state, so that there is a delay in following the actual supercharging pressure with respect to the target supercharging pressure as shown in FIG. Occurs and consequently vibrates.
On the other hand, when the turbine model is corrected, the followability of the actual boost pressure with respect to the target boost pressure can be stabilized by appropriately correcting the relationship between the front / rear exhaust pressure ratio and the boost pressure. Therefore, the vibration of the actual supercharging pressure as described above does not occur.
以上詳述したように、本実施形態によれば、目標上流側排気圧算出部41及び排気圧制御器421は、実過給圧P2が目標過給圧P2CMDに一致するように、目標前後排気圧力比PRCMDを算出する。また、ベーン開度決定部422は、タービンモデルに基づいて、目標前後排気圧力比PRCMDに応じたベーン開度VOを算出する。可変ベーンの開度は、このベーン開度VOに応じて変更される。
As described above in detail, according to the present embodiment, the target upstream side exhaust
ここで、修正パラメータ算出部426は、上述のベーン開度決定部422のタービンモデルに基づいて実前後排気圧力比PRに応じた推定ベーン開度VOHATを算出し、さらにこの推定ベーン開度VOHATと上述のベーン開度VOとが一致するように、ベーン開度決定部422のタービンモデルの出力を修正する修正パラメータa,bを算出する。すなわち、ターボチャージャや可変ベーンの物ばらつきや劣化により、ベーン開度VOと推定ベーン開度VOHATとの間に誤差が生じた場合には、この誤差が無くなるようにモデルを修正する修正パラメータa,bが算出される。以上のようにして、前後排気圧力比及び修正流量と可変ベーンの開度とを関連付けるタービンモデルの出力を修正することにより、可変ベーンの全開度にわたり、物ばらつきや劣化による影響を修正することができる。また、エンジンの運転中であってもこのような修正を行うことができる。
Here, the correction
ところで従来では、過給圧のフィードバック制御を行う場合、ターボチャージャや可変ベーンの劣化を想定して、フィードバックゲインは低めに設定される。本実施形態によれば、ターボチャージャや可変ベーンの劣化に応じてタービンモデルを修正するので、従来と比較してフィードバックゲインを高めに設定することができる。このため、制御性を向上することができる。 By the way, conventionally, when feedback control of the supercharging pressure is performed, the feedback gain is set to be low in consideration of deterioration of the turbocharger and the variable vane. According to the present embodiment, the turbine model is corrected according to the deterioration of the turbocharger and the variable vane, so that the feedback gain can be set higher than in the conventional case. For this reason, controllability can be improved.
また、本実施形態によれば、タービンモデルは、上流側排気圧、上流側排気温度、及びタービン通過流量といったエンジンの運転状況によって変化する物理量と、可変ベーンの開度とを関連付ける。このようなタービンモデルの出力を、上述のようにして修正することにより、あらゆる運転状況下であっても、可変ベーンの開度を的確に修正することができる。 Further, according to the present embodiment, the turbine model associates the physical quantity that changes depending on the engine operating condition such as the upstream exhaust pressure, the upstream exhaust temperature, and the turbine passage flow rate with the opening of the variable vane. By correcting the output of such a turbine model as described above, the opening degree of the variable vane can be accurately corrected even under any operating conditions.
また、本実施形態によれば、修正パラメータ算出部426は、エンジンの運転状態に応じて、モデルを修正する修正パラメータa,bの更新速度を変更する。より具体的には、実上流側排気圧P3や実前後排気圧力比PRの誤差が大きい低回転かつ低負荷の運転状態では、修正パラメータa,bの更新速度を遅くし、実上流側排気圧P3や実前後排気圧力比PRの誤差が小さい高回転かつ高負荷の運転状態では、修正パラメータa,bの更新速度を速くする。これにより、安定したモデルの修正が可能となる。
また、上述の高回転かつ高負荷の運転状態は、他の運転状態よりも出現頻度が低い。このような運転状態で修正パラメータa,bの更新速度を速くすることにより、モデルの修正精度を向上することができる。
Further, according to the present embodiment, the correction
In addition, the above-described high-rotation and high-load operation state has a lower appearance frequency than other operation states. The correction accuracy of the model can be improved by increasing the update speed of the correction parameters a and b in such an operating state.
また、本実施形態によれば、修正パラメータ算出部426は、可変ベーンの開度に応じて、モデルを修正する修正パラメータa,bの更新速度を変更する。上述のように、非線形特性を有する可変ベーンの開度を決定するモデルに対し、このように可変ベーンの開度に応じて修正パラメータa,bの更新速度を変更することにより、モデルの修正精度を向上することができる。
Further, according to the present embodiment, the correction
本実施形態では、ECU40が目標値算出手段、開度指示値算出手段、及び修正パラメータ算出手段を構成する。より具体的には、例えば、目標上流側排気圧算出部41及び排気圧制御器421が目標値算出手段を構成し、ベーン開度決定部422が開度指示値算出手段を構成し、修正パラメータ算出部426が修正パラメータ算出手段を構成する。
In the present embodiment, the
<第2実施形態>
以下、本発明の第2実施形態を、図面を参照して説明する。
以下の第2実施形態の説明にあたって、第1実施形態と同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略化又は簡略化する。
Second Embodiment
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the following description of the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
上述の第1実施形態では、可変ベーン84の開度VOを変更することにより、タービンホイール81に吹き付けられる排気の流量を変化させた。これに対して本実施形態では、ウェストゲートバルブ85の開度WOを変更し、バイパス通路86を流通する排気の流量を変更することにより、タービンホイール81に吹き付けられる排気の流量を変化させる。
In the first embodiment described above, the flow rate of the exhaust gas blown to the turbine wheel 81 is changed by changing the opening degree VO of the
図8は、過給圧制御を実行するためのモジュールの構成を示すブロック図である。このモジュールの機能は、ECU40Aで実行される処理により実現される。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a module for executing supercharging pressure control. The function of this module is realized by processing executed by the
ウェストゲートバルブ開度制御部42Aは、排気圧制御器421と、ウェストゲートバルブ開度決定部422Aと、を含んで構成され、実上流側排気圧P3が目標上流側排気圧P3CMDに一致するように、ウェストゲートバルブ開度WOを制御する。
The wastegate valve opening
ウェストゲートバルブ開度決定部47Aは、所定のタービンモデルに基づいて、排気圧制御器46により算出された目標前後排気圧力比PRCMDに対応するウェストゲートバルブ開度WOを決定する。 The wastegate valve opening degree determination unit 47A determines a wastegate valve opening degree WO corresponding to the target front-rear exhaust pressure ratio PRCMD calculated by the exhaust pressure controller 46 based on a predetermined turbine model.
バルブ開度決定部422Aは、後述モデルに基づいて、排気圧制御器421により算出された目標前後排気圧力比PRCMDに応じたバルブ開度WOを算出する。より具体的には、バルブ開度決定部422Aは、基準開度決定部423Aによりバルブ開度の基準値(以下、「開度基準値」という)WOBSを算出し、この開度基準値WOBSを基準開度修正部424により修正し、修正した開度をバルブ開度WOとする。
ここで、基準開度決定部423Aにより参照されるタービンモデルには、上述の図3に示すタービンモデルと同様に、ウェストゲートバルブ開度WOごとにおける前後排気圧力比PRと修正流量Gとの関係が規定されたものが用いられる。
The valve opening
Here, in the turbine model referred to by the reference
基準開度修正部424は、後述の修正パラメータ同定器428により決定された修正パラメータに基づいて基準ベーン開度WOBSを修正し、これをバルブ開度指示値(以下、単に「バルブ開度」という)WOとして決定する。
The reference
修正パラメータ算出部426Aは、バルブ開度推定部427A及び修正パラメータ同定器428を備え、上述の修正パラメータa,bを算出する。
The correction
バルブ開度推定部427Aは、上述のタービンモデルに基づいて、実前後排気圧力比PR及び修正流量Gに応じたバルブ開度を算出し、これを推定バルブ開度WOHATとする。
The valve opening
修正パラメータ同定器428は、推定バルブ開度WOHATと基準バルブ開度WOBSに基づいて、推定ベーン開度WOHATとバルブ開度WOとが一致するように、逐次型最小2乗法アルゴリズムにより、修正パラメータa,bを同定する。
The
以上詳述したように、本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を奏する。 As described above in detail, according to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
本実施形態では、ECU40Aが目標値算出手段、開度指示値算出手段、及び修正パラメータ算出手段を構成する。より具体的には、例えば、目標上流側排気圧算出部41及び排気圧制御器421が目標値算出手段を構成し、バルブ開度決定部422Aが開度指示値算出手段を構成し、修正パラメータ算出部426Aが修正パラメータ算出手段を構成する。
In the present embodiment, the
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、上述した実施形態では、前後排気圧力比とベーン開度とが関連付けられた図3に示すようなタービンモデルに基づいて、ベーン開度を決定したが、これに限らない。例えば、上流側排気圧力とベーン開度とが関連付けられたタービンモデルに基づいて、ベーン開度を決定してもよい。
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made.
For example, in the above-described embodiment, the vane opening is determined based on the turbine model as shown in FIG. 3 in which the front / rear exhaust pressure ratio and the vane opening are associated with each other, but the present invention is not limited to this. For example, the vane opening degree may be determined based on a turbine model in which the upstream exhaust pressure and the vane opening degree are associated with each other.
1…エンジン(内燃機関)
40,40A…ECU
41…目標上流側排気圧算出部(目標値算出手段)
42,42A…ベーン開度制御部
421…排気圧制御器(目標値算出手段)
422…ベーン開度決定部(開度指示値算出手段)
422A…バルブ開度決定部(開度指示値算出手段)
426,426A…修正パラメータ算出部(修正パラメータ算出手段)
8…ターボチャージャ
81…タービンホイール
82…コンプレッサホイール
84…可変ベーン
85…ウェストゲートバルブ
1. Engine (internal combustion engine)
40, 40A ... ECU
41 ... Target upstream side exhaust pressure calculation section (target value calculation means)
42, 42A ... vane opening
422 ... Vane opening degree determining unit (opening instruction value calculating means)
422A ... Valve opening determining unit (opening instruction value calculating means)
426, 426A ... correction parameter calculation unit (correction parameter calculation means)
8 ... Turbocharger 81 ...
Claims (6)
開閉動作により前記タービンホイールに吹き付けられる排気の流量を変化させる排気流量可変機構と、を備え、実過給圧が所定の目標過給圧に一致するように、前記排気流量可変機構の開度を決定する内燃機関の過給圧制御装置であって、
実過給圧が目標過給圧に一致するように、所定の制御量に対する目標値を算出する目標値算出手段と、
前記制御量及び所定の物理量と、前記排気流量可変機構の開度とを関連付けるモデルに基づいて、前記制御量の目標値に応じた前記排気流量可変機構の開度指示値を算出する開度指示値算出手段と、
前記モデルに基づいて、前記制御量の実測値に応じた前記排気流量可変機構の開度推定値を算出し、当該開度推定値と前記開度指示値とが一致するように、前記開度指示値算出手段のモデルを修正する修正パラメータを算出する修正パラメータ算出手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の過給圧制御装置。 A turbocharger comprising: a compressor wheel that pressurizes air sucked into the internal combustion engine; and a turbine wheel that is connected to the compressor wheel and is driven to rotate by blowing exhaust gas discharged from the internal combustion engine;
An exhaust flow rate variable mechanism that changes the flow rate of the exhaust gas blown to the turbine wheel by opening and closing operation, and the opening of the exhaust flow rate variable mechanism is adjusted so that the actual boost pressure matches a predetermined target boost pressure. A supercharging pressure control device for an internal combustion engine to determine,
Target value calculation means for calculating a target value for a predetermined control amount so that the actual boost pressure matches the target boost pressure;
An opening degree instruction that calculates an opening degree instruction value of the exhaust flow variable mechanism according to a target value of the control quantity based on a model that associates the control amount and a predetermined physical quantity with an opening degree of the exhaust flow variable mechanism. A value calculating means;
Based on the model, an opening degree estimated value of the exhaust flow rate variable mechanism according to the measured value of the control amount is calculated, and the opening degree value is matched with the opening degree estimated value and the opening degree instruction value. A boost pressure control device for an internal combustion engine, comprising: a correction parameter calculation unit that calculates a correction parameter for correcting a model of the instruction value calculation unit.
前記モデルは、前記制御量及び所定の物理量と、前記可変ベーンの開度とを関連付けることを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の内燃機関の過給圧制御装置。 The exhaust flow rate variable mechanism includes a variable vane that changes an inlet area of exhaust flowing into the turbine wheel by an opening / closing operation,
The supercharging pressure control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the model associates the control amount and a predetermined physical amount with an opening degree of the variable vane.
前記モデルは、前記制御量及び所定の物理量と、前記ウェストゲートバルブの開度とを関連付けることを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の内燃機関の過給圧制御装置。 The exhaust flow variable mechanism includes a wastegate valve that opens and closes a bypass passage that bypasses the upstream side and the downstream side of the turbine wheel,
The supercharging pressure control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the model associates the control amount and a predetermined physical amount with an opening degree of the waste gate valve.
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