JP6183596B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
そして、このような可変ノズルターボチャージャが採用されたディーゼルエンジンでは、車両の減速時に、燃料噴射量に応じて排気還流弁の開度を設定し、可変ノズルターボチャージャのコンプレッサを通過する空気流量の減少を抑制しサージの発生を抑制する技術が開発されている(特許文献1)。
しかしながら、高過給圧が残った状態で、吸入空気量を減少させるためにスロットルバルブの開度を小さくすると、過給圧力に応じたコンプレッサを通過する空気流量の許容最小値を下回り、コンプレッサの上流から下流に吸入空気が間欠的に逆流するサージが発生することとなる。そして、サージの発生は、異音の発生、ひいてはコンプレッサ翼の破損に繋がり好ましいことではない。
また、請求項3の内燃機関の制御装置では、請求項1又は2において、前記目標吸入空気量設定手段にて設定される前記目標吸入空気量となるように前記吸入空気量調整手段の目標開度を設定する第1目標開度設定手段と、前記実吸入空気量が前記目標吸入空気量より大きくなるにつれ、前記目標開度を大きく設定し、前記目標吸入空気量が前記実吸入空気量より大きくなるにつれ、前記目標開度を小さく設定する第2目標開度設定手段と、を更に備え、前記吸入空気量制御手段は、少なくとも前記車両が減速状態で、且つ前記排気浄化能力回復運転中であるときに、前記第1及び前記第2目標開度設定手段により設定された前記目標開度に基づいて、前記吸入空気量調整手段の開度を制御することを特徴とする。
また、請求項5の内燃機関の制御装置では、請求項4において、前記過給比制御手段は、前記余裕度が小さくなるにつれ、前記過給比が小さくなるように前記過給比可変手段の開度を制御することを特徴とする。
また、実吸入空気量と目標吸入空気量との偏差が大きくならないように吸入空気量調整手段の開度を制御することで、吸入空気量を排気浄化手段の排気浄化能力回復運転に最適な流量とし、排気浄化手段に導入する排気の温度低下及び排気中の酸素濃度増大を抑制し、排気浄化手段の温度低下による再生不良や、酸素供給量過多による排気浄化手段の過昇温を防止することができる。
また、請求項3の発明によれば、車両が減速状態で、且つ排気浄化手段の排気浄化能力回復運転中であるときに、サージ異音の発生を抑制しつつ、最適な吸入空気量とすることができる。このため、排気浄化手段に導入する排気の温度低下及び排気中の酸素濃度増大を抑制し、排気浄化手段の温度低下による再生不良や、酸素供給量過多による排気浄化手段の過昇温を防止することができる。
図1は、内燃機関の制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。図2は、内燃機関の制御装置が適用された電子コントロールユニットの概略構成図である。図3は、トルク演算ブロックの構成を示す制御ブロック図である。図4は、過給制御ブロックの構成を示す制御ブロック図である。また、図5は、スロットルバルブ制御ブロックの構成を示す制御ブロック図である。そして、図6は、排気還流弁制御ブロックの構成を示す制御ブロック図である。
エンジン1の各気筒には、上下摺動可能なピストン4が設けられている。そして、当該ピストン4は、コンロッド5を介してクランクシャフト6に連結されている。また、クランクシャフト6の一端部には回転速度を検出するクランク角センサ7と図示しないフライホイールが設けられている。
インテークポート8には、燃焼室3と当該インテークポート8との連通と遮断を行うインテークバルブ10が設けられている。また、エキゾーストポート9には、燃焼室3と当該エキゾーストポート9との連通と遮断とを行うエキゾーストバルブ11が設けられている。
可変ノズルターボチャージャ13のタービンハウジング内には、排気通路の通路面積を可変させる図示しない可変翼(過給比可変手段)が備えられている。また、可変ノズルターボチャージャ13には、可変翼を機械的に作動させるアクチュエータ(過給比可変手段)13aが備えられている。
ディーゼルパティキュレートフィルタ25の上流と下流の排気管23には、ディーゼルパティキュレートフィルタ25の上流と下流との差圧を検出する差圧センサ25bに接続される管が挿入されている。なお、ディーゼルパティキュレートフィルタ内のPMの堆積量は、差圧センサ25bにて検出されるディーゼルパティキュレートフィルタ25の上流と下流との差圧より算出される。
インテークマニフォールド16とエキゾーストマニフォールド22には、それぞれが連通するように排気の一部を吸気へ戻す排気還流路30が設けられている。また、排気還流路30には、排気が吸気に戻る量、即ち排気還流量を調整する排気還流弁31と、吸気へ戻す排気を冷却する排気還流クーラ32とが設けられている。
これより、電子コントロールユニット40は、各センサの検出値に基づき、燃料噴射ノズル2からの燃料噴射量及び噴射時期、可変ノズルターボチャージャ13の可変翼の開度、所謂可変翼開度、電子制御スロットルバルブ15のスロットルバルブの開度、所謂スロットル開度、燃料添加弁27からの還元剤の添加量、及び排気還流弁31の開度を最適に制御するものである。また、電子コントロールユニット40は、各センサの検出値に基づき、NOx吸蔵還元触媒26に燃料中に含まれる硫黄分による硫黄被毒の発生や、ディーゼルパティキュレートフィルタ25に黒鉛の堆積が検出されるとNOx吸蔵還元触媒26の硫黄被毒を解消するSパージ処理やディーゼルパティキュレートフィルタ25に堆積した黒鉛を燃焼させる再生処理等の後処理運転(本発明の排気浄化能力回復運転に相当)を行うように、燃料噴射ノズル2、可変ノズルターボチャージャ13、電子制御スロットルバルブ15,燃料添加弁27及び排気還流弁31の作動を制御するものである。
図3に示すように、トルク演算ブロック41は、目標トルク算出部41aと、目標トルク変化率算出部41bと、運転者意思判定部41cと、燃料噴射量算出部41dとで構成されている。
運転者意思判定部41cは、目標トルク変化率算出部41bにて算出される目標トルク変化率が第1所定値よりも大きければ、運転者が加速を要求していると判定する。また、目標トルク変化率が第1所定値よりも小さな値に設定される第2所定値よりも小さければ、運転者が減速を要求していると判定する。なお、当該第1所定値と第2所定値は、同一の数値であってもよい。そして、当該判定結果を意思判定結果として過給制御ブロック42と、スロットルバルブ制御ブロック43と、排気還流弁制御ブロック44とに供給する。
目標過給圧算出部42aには、目標トルクとエンジン回転速度とに基づき、目標過給圧を算出するための目標過給圧マップが記憶されている。そして、目標過給圧算出部42aは、目標トルク算出部41aにて算出される目標トルクと、クランク角センサ7にて検出されるエンジン回転速度と目標過給圧マップとに基づいて、当該目標トルクと当該エンジン回転速度における目標過給圧を算出する。そして、当該算出結果を過給偏差算出部42eに供給する。
サージ異音限界算出部42dには、実吸入空気量(体積流量)に基づいて、サージによる異音が発生する限界の過給比である限界過給比を算出するための限界過給比マップが記憶されている。サージ異音限界算出部42dは、ブーストセンサ20にて検出される実過給圧と、大気圧センサ34にて検出される大気圧とに基づき、実過給圧と大気圧との比である実過給比を算出する。また、サージ異音限界算出部42dは、吸入空気量変換部42cにて変換された実吸入空気量(体積流量)と限界過給比マップとに基づいて、実吸入空気量(体積流量)における限界過給比(本発明の内燃機関の運転状態における限界過給比に相当)を算出する。そして、サージ異音限界算出部42dは、運転者意思判定部41cより供給される意思判定結果と、算出された限界過給比と実過給比とに基づいて、サージ異音発生までの余裕度であるサージ異音限界(本発明の余裕度に相当)を算出する。なお、サージ異音限界は、サージによる異音が発生するまでの余裕度を示すものであり、限界過給比より実過給比を減算して算出しても、限界過給比より実過給比を除算して算出してもどちらでもよい。なお、サージ異音限界は、数値が小さくなるほどサージ異音の発生に対して余裕がなくなることを示す。そして、当該算出結果をサージ異音用目標可変翼開度算出部42fとスロットルバルブ制御ブロック43と排気還流弁制御ブロック44とに供給する。
サージ異音用目標可変翼開度算出部42fには、エンジン1の通常運転時に過給偏差とサージ異音限界よりサージによる異音を回避する可変ノズルターボチャージャ13の可変翼の目標開度であるサージ異音用目標可変翼開度を算出するためのサージ異音用目標可変翼開度マップと、エンジン1の後処理運転時に吸入空気量偏差とサージ異音限界よりサージによる異音を回避する可変ノズルターボチャージャ13の可変翼の目標開度であるサージ異音用目標可変翼開度を算出するための後処理運転時サージ異音用目標可変翼開度マップとが記憶されている。なお、サージ異音用目標可変翼開度マップと後処理運転時サージ異音用目標可変翼開度マップは、サージ異音限界が小さくなるにつれ、サージ異音用目標可変翼開度が大きく、即ち過給比が小さくなるように設定されている。また、後処理運転時サージ異音用目標可変翼開度マップは、後述する吸入空気量偏差(本発明の実吸入空気量と目標吸入空気量との偏差に相当)が小さくなるにつれ、サージ異音用目標可変翼開度が大きくなるように設定されている。そして、サージ異音用目標可変翼開度算出部42fは、後処理運転情報に基づきエンジン1が通常運転中であるときには、過給偏差算出部42eにて算出される過給偏差と、サージ異音限界算出部42dにて算出されるサージ異音限界と、サージ異音用目標可変翼開度マップとに基づいて、通常運転時の当該過給偏差と当該サージ異音限界におけるサージ異音用目標可変翼開度を算出する。また、サージ異音用目標可変翼開度算出部42fは、後処理運転情報に基づきエンジン1が後処理運転中であるときには、後述する吸入空気量偏差算出部43cにて算出される吸入空気量偏差と、サージ異音限界と、後処理運転時サージ異音用目標可変翼開度マップとに基づいて、後処理運転時の当該吸入空気量偏差と当該サージ異音限界におけるサージ異音用目標可変翼開度を算出する。そして、当該算出結果を可変翼開度制御部42hに供給する。
目標吸入空気量算出部43aには、目標トルクとエンジン回転速度より目標吸入空気量を算出するための目標吸入空気量マップが記憶されている。そして、目標吸入空気量算出部43aは、目標トルク算出部41aにて算出される目標トルクと、クランク角センサ7にて検出されるエンジン回転速度と目標吸入空気量マップとに基づいて、当該目標トルクと当該エンジン回転速度における目標吸入空気量を算出する。そして、当該算出結果を目標スロットル開度算出部43bと吸入空気量偏差算出部43cとに供給する。
サージ異音用目標スロットル開度算出部43dには、エンジン1の後処理運転時に吸入空気量偏差とサージ異音限界よりサージによる異音を回避する電子制御スロットルバルブ15の目標開度であるサージ異音用目標スロットル開度を算出するためのサージ異音用目標スロットル開度マップが記憶されている。なお、サージ異音用目標スロットル開度マップは、サージ異音限界が小さくなるにつれ、サージ異音用目標スロットル開度が大きく、即ち実吸入空気量が多くなるように設定されている。また、サージ異音用目標スロットル開度マップは、吸入空気量偏差が負側に大きく、即ち実吸入空気量(質量流量)が目標吸入空気量より大きくなるにつれ、サージ異音用目標スロットル開度は大きく、そして、吸入空気量偏差が正側に大きく、即ち目標吸入空気量が実吸入空気量(質量流量)より大きくなるにつれ、サージ異音用目標スロットル開度は小さくなるように設定されている。そして、サージ異音用目標スロットル開度算出部43dは、後処理運転情報に基づきエンジン1が通常運転中であるときには、電子制御スロットルバルブ15の全開位置をサージ異音用目標スロットル開度に設定する。また、サージ異音用目標スロットル開度算出部43dは、後処理運転情報に基づきエンジン1が後処理運転中であるときには、吸入空気量偏差算出部43cにて算出される吸入空気量偏差と、サージ異音限界算出部42dにて算出されるサージ異音限界と、サージ異音用目標スロットル開度マップとに基づいて、後処理運転時の当該吸入空気量偏差と当該サージ異音限界におけるサージ異音用目標スロットル開度を算出する。そして、当該設定結果或いは算出結果をスロットル開度制御部43fに供給する。
O2濃度算出部44aは、排気還流量算出部44dにて算出される排気還流量と,エアフローセンサ19にて検出される実吸入空気量(質量流量)と、吸気温センサ21にて検出される吸入空気温度と、ブーストセンサ20にて検出される過給圧と、燃料噴射量算出部41dで算出される燃料噴射量とに基づいて、エンジン1が運転中のO2濃度を算出する。そして、当該算出結果を目標排気還流弁開度算出部44cと目標スロットル開度算出部43bとに供給する。
目標排気還流弁開度算出部44cには、燃料噴射量とエンジン回転速度より目標排気還流弁開度を算出するための目標排気還流弁開度マップが記憶されている。そして、目標排気還流弁開度算出部44cは、燃料噴射量算出部41dにて算出される燃料噴射量と、クランク角センサ7にて検出されるエンジン回転速度と目標排気還流弁開度マップとに基づいて、当該燃料噴射量と当該エンジン回転速度における目標排気還流弁開度(本発明の基本排気還流弁開度に相当)を算出する。更に、目標排気還流弁開度算出部44cは、O2濃度算出部44aにて算出されるO2濃度がエンジン1の排気性能が最適となる所定値となるように目標排気還流弁開度を補正する。即ち、目標排気還流弁開度をO2濃度でフィードバック制御を行う。そして、当該算出結果をサージ異音用目標排気還流弁開度算出部44eと排気還流弁開度制御部44gとに供給する。
図7は、可変ノズルターボチャージャ制御のフローチャートである。そして、図8は、スロットルバルブ制御のフローチャートである。
まずは、可変ノズルターボチャージャ制御について説明する。
ステップS12では、サージ異音発生判定部42gにて、車両が減速状態であるか、否かを判別する。詳しくは、運転者意思判定部41cにて運転者が減速を要求していると判定され、車両が減速状態であるか、否かを判別する。判別結果が真(Yes)で運転者意思判定部41cにて運転者が減速を要求していると判定され、車両が減速状態であれば、ステップS14に進む。判別結果が否(No)で運転者意思判定部41cにて運転者が減速を要求していないと判定され、車両が減速状態でなければ、ステップS32に進む。
ステップS16では、吸入空気量偏差算出部43cにて、吸入空気量偏差を算出する。そして、ステップS18に進む。
ステップS20では、サージ異音用目標可変翼開度算出部42fにて、サージ異音用目標可変翼開度を算出する。詳しくは、吸入空気量偏差算出部43cにて算出される吸入空気量偏差と、サージ異音限界算出部42dにて算出されるサージ異音限界と、後処理運転時サージ異音用目標可変翼開度マップとに基づいて、後処理運転時の当該吸入空気量偏差と当該サージ異音限界におけるサージ異音用目標可変翼開度を算出する。そして、可変翼開度制御部42hにて、可変ノズルターボチャージャ13の可変翼の開度がサージ異音用目標可変翼開度となるようにアクチュエータ13aの作動を制御する。そして、本ルーチンをリターンする。
ステップS26では、サージ異音発生判定部42gにて、サージ異音の発生の虞があるか、否かを判別する。判別結果が真(Yes)でサージ異音の発生の虞があれば、ステップS28に進む。判別結果が否(No)でサージ異音の発生の虞がなければ、ステップS30に進む。
ステップS110では、運転者意思判定部41cにて運転者が加速を要求しているか、或いは減速を要求しているか、運転者の意思判定を行う。そして、ステップS112に進む。
ステップS112では、サージ異音発生判定部43eにて、車両が減速状態であるか、否かを判別する。詳しくは、運転者意思判定部41cにて運転者が減速を要求していると判定され、車両が減速状態であるか、否かを判別する。判別結果が真(Yes)で運転者意思判定部41cにて運転者が減速を要求していると判定され、車両が減速状態であれば、ステップS114に進む。判別結果が否(No)で運転者意思判定部41cにて運転者が減速を要求していないと判定され、車両が減速状態でなければ、ステップS132に進む。
ステップS118では、サージ異音発生判定部43eにて、サージ異音の発生の虞があるか、否かを判別する。判別結果が真(Yes)でサージ異音の発生の虞があれば、ステップS120に進む。判別結果が否(No)でサージ異音の発生の虞がなければ、ステップS122に進む。
ステップS126では、サージ異音発生判定部43eにて、サージ異音の発生の虞があるか、否かを判別する。判別結果が真(Yes)でサージ異音の発生の虞があれば、ステップS128に進む。判別結果が否(No)でサージ異音の発生の虞がなければ、ステップS130に進む。
13 可変ノズルターボチャージャ(流路可変過給手段)
13a アクチュエータ(過給比可変手段)
15 電子制御スロットルバルブ(吸入空気量調整手段)
16 インテークマニフォールド(吸気通路)
17 吸気管(吸気通路)
19 エアフローセンサ(実吸入空気量検出手段)
20 ブーストセンサ(実過給圧検出手段)
22 エキゾーストマニフォールド(排気通路)
23 排気管(排気通路)
24 酸化触媒(排気浄化手段)
25 ディーゼルパティキュレートフィルタ(排気浄化手段)
26 NOx吸蔵還元触媒(排気浄化手段)
40 電子コントロールユニット(余裕度算出手段、吸入空気量制御手段、過給比制御手段、目標過給圧設定手段、目標吸入空気量設定手段、第1目標開度設定手段、第2目標開度設定手段)
Claims (5)
- 車両に搭載される内燃機関の排気通路に配設され排気通路面積を可変させて過給比を可変させる過給比可変手段を有するタービンと、前記内燃機関の吸気通路に配設され前記タービンにより駆動されるコンプレッサとを含んで構成される流路可変過給手段と、
実吸入空気量を検出する実吸入空気量検出手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて目標吸入空気量を設定する目標吸入空気量設定手段と、
前記吸気通路に配設され、前記実吸入空気量を調整する吸入空気量調整手段と、
前記排気通路の流路可変過給手段の排気流れ方向下流に排気浄化手段と、
前記コンプレッサでのサージ音が発生する限界過給比が前記内燃機関の吸入空気量に応じて予め設定され、前記内燃機関の運転状態における前記限界過給比までの余裕度を算出する余裕度算出手段と、
前記排気浄化手段の排気浄化能力回復運転時に、前記実吸入空気量と前記目標吸入空気量との偏差と前記余裕度とに応じて、前記吸入空気量調整手段の開度を制御する吸入空気量制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記吸入空気量制御手段は、前記余裕度が小さくなるにつれ、開度が大きくなるように前記吸入空気量調整手段の開度を制御することを特徴とする、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記目標吸入空気量設定手段にて設定される前記目標吸入空気量となるように前記吸入空気量調整手段の目標開度を設定する第1目標開度設定手段と、
前記実吸入空気量が前記目標吸入空気量より大きくなるにつれ、前記目標開度を大きく設定し、前記目標吸入空気量が前記実吸入空気量より大きくなるにつれ、前記目標開度を小さく設定する第2目標開度設定手段と、を更に備え、
前記吸入空気量制御手段は、少なくとも前記車両が減速状態で、且つ前記排気浄化能力回復運転中であるときに、前記第1及び前記第2目標開度設定手段により設定された前記目標開度に基づいて、前記吸入空気量調整手段の開度を制御することを特徴とする、請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記排気浄化手段の前記排気浄化能力回復運転時に、前記実吸入空気量と前記目標吸入空気量との偏差と前記余裕度とに応じて、前記過給比可変手段の開度を制御する過給比制御手段を備えることを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記過給比制御手段は、前記余裕度が小さくなるにつれ、前記過給比が小さくなるように前記過給比可変手段の開度を制御することを特徴とする、請求項4に記載の内燃機関の制御装置。
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