JP6227086B1 - 過給機付き内燃機関の制御装置及び制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
たものである。
前記吸気路を流れる吸入空気流量と、大気圧と、前記電動コンプレッサの下流側であって前記ターボコンプレッサの上流側の前記吸気路内の圧力である中間過給圧と、前記ターボコンプレッサの下流側であって前記スロットルバルブの上流側の前記吸気路内の圧力である過給圧と、を検出する運転状態検出ステップと、前記過給圧の目標値を算出する目標過給圧演算ステップと、前記過給圧の検出値から前記中間過給圧の検出値を減算した圧力差を、前記過給圧の目標値から減算した値を、前記中間過給圧の目標値として算出し、前記中間過給圧の目標値と前記大気圧の検出値の比である目標電動コンプレッサ前後圧力比を算出し、前記目標電動コンプレッサ前後圧力比と前記吸入空気流量の検出値とに基づいて、前記電動コンプレッサの目標回転数を算出し、前記電動コンプレッサの回転数が前記電動コンプレッサの目標回転数に近くづくように、前記電動モータを制御する電動コンプレッサ回転数制御ステップと、を実行するものである。
まず、エンジン1の構成について説明する。図1に示すように、エンジン1は、空気と燃料の混合気を燃焼するシリンダ8を有している。なお、エンジン1及び制御装置100は、車両に搭載され、エンジン1は、車両(車輪)の駆動力源となる。エンジン1は、シリンダ8に空気を供給する吸気路2と、シリンダ8の排気ガスを排出する排気路7とを備えている。吸気路2は、吸気管等により構成され、排気路7は、排気管等により構成されている。吸気路2は、各シリンダ8に空気を供給するインテークマニホールド5を有している。インテークマニホールド5の上流側の吸気路2にはスロットルバルブ4が備えられている。よって、スロットルバルブ4の下流側の吸気路2は、インテークマニホールド5により構成されている。
ボコンプレッサ31の上流と下流とをバイパスさせる。これにより、主にアクセルオフ時に過給圧P2が異常に上昇する事による吸気管等の機械的損傷を防止する事が可能になる。後述するウェイストゲートバルブ制御部112によりウェイストゲートバルブ34の開度が制御されている状態では、ターボコンプレッサバイパスバルブ33は、基本的に閉じられている。
次に、制御装置100の構成について説明する。制御装置100は、ターボ過給機36及び電動過給機50を備えたエンジン1を制御対象とする制御装置である。図2に示すように、制御装置100は、運転状態検出部110、吸入空気制御部111、ウェイストゲートバルブ制御部112、及び電動コンプレッサ制御部113等の制御部を備えている。制御装置100が備える各制御部110〜113等は、制御装置100が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置100は、図3に示すように、処理回路として、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理装置90(コンピュータ)、演算処理装置90とデータのやり取りする記憶装置91、演算処理装置90に外部の信号を入力する入力回路92、及び演算処理装置90から外部に信号を出力する出力回路93等を備えている。記憶装置91として、演算処理装置90からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたRAM(Random Access Memory)や、演算処理装置90からデータを読み出し可能に構成されたROM(Read Only Memory)等が備えられている。入力回路92は、各種のセンサやスイッチが接続され、これらセンサやスイッチの出力信号を演算処理装置90に入力するA/D変換器や入力ポート等を備えている。出力回路93は、電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置90から制御信号を出力する駆動回路や出力ポート等を備えている。そして、制御装置100が備える各制御部110〜113等の各機能は、演算処理装置90が、ROM等の記憶装置91に記憶されたソフトウェア(プログラム)を実行し、記憶装置91、入力回路92、及び出力回路93等の制御装置100の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部110〜113等が用いるマップデータ等の設定データは、ソフトウェア(プログラム)の一部として、ROM等の記憶装置91に記憶されている。
制御装置100は、エンジン1及び車両の運転状態を検出する運転状態検出部110を備えている。運転状態検出部110は、エンジン1の実回転数Ner、実吸入空気流量Qar、及び実大気圧P1rを検出する。具体的には、運転状態検出部110は、クランク角センサ11の出力信号に基づいてエンジン1の実回転数Nerを検出し、エアフローセンサ12又はマニホールド圧センサ15の出力信号に基づいてエンジン1の実吸入空気流量Qarを検出し、大気圧センサ9の出力信号に基づいて実大気圧P1rを検出する。なお、図2に記載の内容では、エアフローセンサ12の出力信号に基づいてエンジン1の実吸入空気流量Qarを検出する方式としている。
運転状態検出部110は、実吸入空気流量演算部141を備えている。実吸入空気流量演算部141は、エンジン1(吸気路2)に吸入される空気流量である実吸入空気流量Qarを算出する。本実施の形態では、実吸入空気流量演算部141は、エアフローセンサ12又はマニホールド圧センサ15(本例では、エアフローセンサ12)の出力信号Vafsに基づいて検出した実計測空気流量Qrに基づいて、下記(1)式のように、行程周期ΔT間(本例では、BTDC5degCA間)の実計測空気流量Qrの平均値を実吸入空気流量Qar[g/s]として算出する。
Qar=ΣQr/N (1)
ここで、Nは、行程周期ΔT間の実計測空気流量Qrのサンプリング回数である。なお、運転状態検出部110は、マニホールド圧センサ15により検出した実マニホールド圧Pbrに基づいて実計測空気流量Qrを検出する場合は、(14)式のオリフィスの流量算出式等を用いて実計測空気流量Qrを算出する。
運転状態検出部110は、実シリンダ内新気量演算部142を備えている。実シリンダ内新気量演算部142は、エアフローセンサ12又はマニホールド圧センサ15(本例では、エアフローセンサ12)の出力信号に基づいて実充填効率Ecr及び実シリンダ内新気量Qcrを算出する。本実施の形態では、実シリンダ内新気量演算部142は、下記(
2)式のように、実吸入空気流量Qarに行程周期ΔT(本例では、BTDC5degC
A間の期間)を乗算した値に対して、インテークマニホールド5(サージタンク)の遅れを模擬した1次遅れフィルタ処理を行って、一行程あたりの実シリンダ内新気量Qcr[
g/stroke]を算出する。ここで、KCCAは、フィルタ係数である。
Qcr(n)=KCCA×Qcr(n−1)
+(1−KCCA)×Qar(n)×ΔT(n) (2)
Qcr=(Kv×Vc)×ρb, ρb=Pbr/(R×T1r) (3)
Qcrを、標準大気状態の空気密度ρ0とシリンダ容積Vcとを乗算した値で除算して、実充填効率Ecrを算出する。実充填効率Ecrは、シリンダ容積Vcを満たす標準大気状態の空気質量(ρ0×Vc)に対する実シリンダ内新気量Qcrの比率である。なお、標準大気状態は、1atm、25℃である。
Ecr=Qcr/(ρ0×Vc) (4)
推定トルク演算部143は、実充填効率Ecrと、空燃比AFと、熱効率ηとに基づいて、エンジン1から発生した実トルクを推定するための演算、即ちエンジン1の推定出力トルクTRQr又は推定図示平均有効圧Pirを算出する。ここで、空燃比AFは、空燃比センサ16により検出された排気ガスの空燃比であってもよいし、インジェクタ17の駆動時間を算出するために用いられる空燃比AFの目標値であってもよい。
Qf=Qcr/AF (5)
Ht=Qf×44000 (6)
Wi=Ht×η (7)
Pir=Wi/Vc (8)
Pir=Wi/Vc
=(Ht×η)/Vc
=(Qf×44000×η)/Vc
={(Qcr/AF)×44000×η}/Vc (9)
0)式のように表され、この式を目標シリンダ内新気量Qctについて整理すると、後述
する(12)式が導出される。
Pit={(Qct/AF)×44000×η}/Vc (10)
2)である。
TRQr=Pir×Vc×z/(2π×i) (11)
吸入空気制御部111は、エンジン1の吸入空気を制御する。吸入空気制御部111は、吸入空気流量Qaの目標値である目標吸入空気流量Qatと、充填効率Ecの目標値である目標充填効率Ectを算出する。本実施の形態では、吸入空気制御部111は、エンジン1に要求されている出力トルクである要求出力トルクTRQdを算出する要求トルク演算部120、要求出力トルクTRQdに基づいて目標出力トルクTRQt又は目標図示平均有効圧Pitを算出する目標トルク演算部121、目標出力トルクTRQt又は目標図示平均有効圧Pitに基づいて目標充填効率Ect及び目標シリンダ内新気量Qctを算出する目標シリンダ内新気量演算部122、目標シリンダ内新気量Qctに基づいて目標吸入空気流量Qatを算出する目標吸入空気流量演算部123、及び目標吸入空気流量Qatに基づいてスロットル開度を制御するスロットル開度制御部124を備えている。以下、吸入空気制御部111の各制御部120〜124について詳細に説明する。
要求トルク演算部120は、アクセル開度D及び外部の制御装置からの要求に基づいて要求出力トルクTRQdを算出する。要求トルク演算部120は、実回転数Ner(又は車両の走行速度VS)及びアクセル開度Dに基づいて、車両の運転者から要求されているエンジン1の出力トルクである運転者要求出力トルクを算出する。具体的には、要求トルク演算部120は、実回転数Ner(又は走行速度VS)とアクセル開度Dと運転者要求出力トルクとの関係が予め設定されたマップデータを用い、実回転数Ner(又は走行速度
VS)及びアクセル開度Dに対応する運転者要求出力トルクを算出する。
目標トルク演算部121は、要求出力トルクTRQdに基づいて目標出力トルクTRQt又は目標図示平均有効圧Pitを算出する。目標トルク演算部121は、各種のエンジン補機(例えば、オルタネータ、エアコンディショナ用コンプレッサ、パワーステアリング用ポンプ、トランスミッション用ポンプ、トルクコンバータ等)の負荷を計測した実験データに基づいて、回転数Ne等の運転状態とエンジン補機の負荷との関係が予め設定されたマップデータを用い、実回転数Ner等の実運転状態に対応するエンジン補機の負荷を算出する。目標トルク演算部121は、要求出力トルクTRQdにエンジン補機負荷(絶対値)を加算して、エンジン補機負荷を考慮したエンジン要求出力トルクを算出する。
、エンジン要求出力トルクにエンジンロス(絶対値)を加算して、シリンダ8内で発生すべき目標図示平均有効圧Pitを算出する。なお、目標トルク演算部121は、目標図示平均有効圧Pitの代わりに、目標出力トルクTRQtを算出してもよい。
目標シリンダ内新気量演算部122は、目標図示平均有効圧Pit又は目標出力トルクTRQtに基づいて目標シリンダ内新気量Qct及び目標充填効率Ectを算出する。目標シリンダ内新気量演算部122は、目標図示平均有効圧Pit又は目標出力トルクTRQtと、空燃比AFの目標値と、熱効率ηとに基づいて目標シリンダ内新気量Qct[g
/stroke]及び目標充填効率Ectを算出する。熱効率ηは、上述した推定トルク
演算部143において算出されるものを用いる。なお、シリンダ容積Vcは、一気筒あたりのシリンダ8の行程容積[L]を示している。
Qct=AF×Pit×Vc/(η×44000)
Ect=AF×Pit/(η×44000×ρ0) (12)
目標吸入空気流量演算部123は、目標シリンダ内新気量Qctに基づいて、エンジン1が吸気路2に吸入すべき目標吸入空気流量Qat[g/s]を算出する。本実施の形態では、目標吸入空気流量演算部123は、下記(13)式のように、目標シリンダ内新気量Qctに対して、上述した(2)式の一次遅れフィルタ処理の逆特性となる一次進みフィルタ処理を行った値を、行程周期ΔTで除算して、目標吸入空気流量Qatを算出するように構成されている。目標吸入空気流量Qatは、インテークマニホールド5(サージタンク)の上流の吸気路2(例えば、スロットルバルブ4)を通過する空気流量の目標値に相当する。本例では、行程周期ΔTは、BTDC5degCA間の周期に設定されており、4気筒エンジンであれば180degCA間の周期、3気筒エンジンであれば240degCA間の周期となる。
Qat(n)={1/(1−KCCA)×Qct(n)
−KCCA/(1−KCCA)×Qct(n−1)}/ΔT(n)
(13)
スロットル開度制御部124は、目標吸入空気流量Qatに基づいてスロットル開度を制御する。スロットル開度制御部124は、目標吸入空気流量Qatに基づいて目標スロットル開度THtを設定し、実スロットル開度THrが目標スロットル開度THtに近づくように、スロットルモータ40を駆動制御する。
するように構成されている。
4)式のように導出される。
Stht=Qat/(σ2×a2×ρ2) (15)
ウェイストゲートバルブ制御部112は、ウェイストゲートバルブ34を駆動制御して、過給圧P2を制御する。ウェイストゲートバルブ制御部112は、図2に示すように、目標過給圧演算部131、目標総圧縮機駆動力演算部132、目標タービン流量演算部133、排気ガス流量演算部134、目標ゲート流量演算部135、目標タービン前後圧力比演算部136、目標タービン上流圧力演算部137、目標ゲート有効開口面積演算部138、ゲートバルブ制御値演算部139、及び実ターボコンプレッサ駆動力演算部140を備えている。以下で、ウェイストゲートバルブ制御部112の各制御部の構成について詳細に説明する。
目標過給圧演算部131は、目標充填効率Ect及び実回転数Nerに基づいて、ターボコンプレッサ31の下流側であってスロットルバルブ4の上流側の吸気路2内の圧力である過給圧P2の目標値である目標過給圧P2tを算出する。本実施の形態では、目標過給圧演算部131は、実回転数Nerと実マニホールド圧Pbrとに基づいて、インテークマニホールド5基準の体積効率Kvを算出し、体積効率Kvと目標充填効率Ectと実吸入空気温度T1rとに基づいて、インテークマニホールド5内の圧力の目標値である目標マニホールド圧Pbtを算出し、目標マニホールド圧Pbtに圧力加算値KP2を加えて目標過給圧P2tを算出するように構成されている。体積効率Kvは、インテークマニホールド5内の空気体積を基準にした体積効率Kvであり、シリンダ容積Vcに対する、シリンダ8に吸入されるインテークマニホールド5内の空気体積の比率である(Kv=シリンダ8に吸入されるインテークマニホールド5内の空気体積/Vc)。目標過給圧演算部131は、実シリンダ内新気量演算部142と同様に、回転数Ne及びマニホールド圧Pbと体積効率Kvとの関係が予め設定されたマップデータを用い、実回転数Ner及び実マニホールド圧Pbrに対応する体積効率Kvを算出する。本実施の形態では、実シリンダ内新気量演算部142が算出した体積効率Kvが用いられる。
P2t=Pbt+KP2
KP2=MAP1(Ect,Ner) (17)
目標総圧縮機駆動力演算部132は、目標吸入空気流量Qatと、目標過給圧P2tと実大気圧P1rとの圧力比である目標総コンプレッサ前後圧力比P2t/P1rとに基づいて、ターボコンプレッサ31の駆動力と電動コンプレッサ42の駆動力とを合計した総圧縮機駆動力の目標値である目標総圧縮機駆動力Pctを算出する。
8)式の理論式により算出される。
3が閉じられており、全ての吸入空気流量Qaはターボコンプレッサ31を通過するため、ターボコンプレッサ通過流量Qcmpは、吸入空気流量Qaに等しいと仮定する。目標総圧縮機駆動力Pctは、ターボコンプレッサ31及び電動コンプレッサ42を合計した吸気路2全体での総圧縮機駆動力である。そのため、目標総圧縮機駆動力演算部132は、下記(19)式のように、目標過給圧P2tと実大気圧P1rとの圧力比である目標総コンプレッサ前後圧力比P2t/P1r、目標吸入空気流量Qat、目標断熱効率ηct、及び実吸入空気温度T1rに基づいて目標総圧縮機駆動力Pctを算出する。(19)式の目標総コンプレッサ前後圧力比P2t/P1rの指数計算の代わりに、圧力比と圧力比の指数計算結果との関係が予め設定されたマップデータが用いられてもよい。
a及びターボコンプレッサ前後圧力比P2/P12と、ターボコンプレッサ31の断熱効率ηcとの関係が予め設定されたマップデータMAP2を用い、目標吸入空気流量Qat及び目標総コンプレッサ前後圧力比P2t/P1rに対応する目標断熱効率ηctを算出する。なお、目標総圧縮機駆動力演算部132は、目標断熱効率ηctを一定値にするなど、断熱効率ηcの変化を考慮せずに、目標総圧縮機駆動力Pctを算出するように構成されてもよい。
ηct=MAP2(Qat,P2t/P1r) (20)
実ターボコンプレッサ駆動力演算部140は、実吸入空気流量Qarと、実過給圧P2rと実中間過給圧P12rとの圧力比である実ターボコンプレッサ前後圧力比P2r/P12rとに基づいて、実際のターボコンプレッサ31の駆動力である実ターボコンプレッサ駆動力Pcrを算出する。
arと、実ターボコンプレッサ前後圧力比P2r/P12rと、ターボコンプレッサ31の実断熱効率ηcrと、実中間過給温度T12rとに基づいて、実ターボコンプレッサ駆動力Pcrを算出する。(21)式の実ターボコンプレッサ前後圧力比P2r/P12r
の指数計算の代わりに、圧力比と圧力比の指数計算結果との関係が予め設定されたマップデータが用いられてもよい。
)式と同じマップデータMAP2を用い、実吸入空気流量Qar及び実ターボコンプレッサ前後圧力比P2r/P12rに対応する実断熱効率ηcrを算出する。
ηcr=MAP2(Qar,P2r/P12r) (22)
目標タービン流量演算部133は、目標総圧縮機駆動力Pctを実現するタービン流量Qtの目標値である目標タービン流量Qttを算出する。本実施の形態では、目標タービン流量演算部133は、下記(23)式のように、ターボコンプレッサ31の駆動力とな
るタービン出力Ptとタービン流量Qtとの関係が予め設定されたマップデータMAP3を用い、目標総圧縮機駆動力Pctに対応するタービン流量Qtを目標タービン流量Qt
tとして算出するように構成されている。
Qtt=MAP3(Pct) (23)
力比P3/P4とを用いているが、タービン流量Qtとタービン前後圧力比P3/P4との間には強い相関があるため、タービン前後圧力比P3/P4を省略し、式(23)の関係を導出できる。
排気ガス流量演算部134は、実吸入空気流量Qar及び空燃比AFに基づいて、排気ガス流量Qexの実値である実排気ガス流量Qexrを算出する。本実施の形態では、排気ガス流量演算部134は、下記(24)式のように、実吸入空気流量Qarに基づいて
算出した実シリンダ内新気量Qcrと、空燃比センサ16により検出した排気ガスの空燃比AFとに基づいて、実排気ガス流量Qexrを算出するように構成されている。なお、Qcr/ΔTの代わりに、実吸入空気流量Qarが用いられてもよく、空燃比AFには、燃料演算に用いられる空燃比AFの目標値が用いられてもよい。
目標ゲート流量演算部135は、実排気ガス流量Qexrと目標タービン流量Qttとに基づいて、目標ウェイストゲート流量Qwgtを算出する。本実施の形態では、目標ゲート流量演算部135は、下記(25)式のように、実排気ガス流量Qexrから目標タービン流量Qttを減算して、目標ウェイストゲート流量Qwgtを算出するように構成されている。
Qwgt=Qexr−Qtt (25)
目標タービン前後圧力比演算部136は、目標総圧縮機駆動力Pctを実現する、目標タービン前後圧力比P3t/P4tを算出する。目標タービン前後圧力比P3t/P4tは、タービン32の上下流の圧力比であるタービン前後圧力比の目標値である。本実施の形態では、目標タービン前後圧力比演算部136は、下記(26)式のように、ターボコ
ンプレッサ31の駆動力となるタービン出力Ptとタービン前後圧力比P3/P4との関係が予め設定されたマップデータMAP4を用い、目標総圧縮機駆動力Pctに対応するタービン前後圧力比P3/P4を目標タービン前後圧力比P3t/P4tとして算出するように構成されている。
P3t/P4t=MAP4(Pct) (26)
上記のように、(18)式のタービン出力Ptの算出理論式では、タービン流量Qtと
タービン前後圧力比P3/P4とを用いているが、タービン流量Qtとタービン前後圧力比P3/P4との間には強い相関があるため、タービン流量Qtを省略し、式(26)の関係を導出できる。
目標タービン上流圧力演算部137は、実排気ガス流量Qexrに基づいて、タービン下流圧力P4の実値である実タービン下流圧力P4rを算出し、当該実タービン下流圧力P4rと目標タービン前後圧力比P3t/P4tとに基づいてタービン上流圧力P3の目
標値である目標タービン上流圧力P3tを算出する。
排気ガス流量Qexと、タービン下流圧力P4と大気圧P1との圧力比である大気圧圧力比P4/P1との関係が予め設定されたマップデータMAP5を用い、実排気ガス流量Qexrに対応する大気圧圧力比P4/P1を算出する。
P4/P1=MAP5(Qexr) (27)
P4r=(P4/P1)×P1r (28)
P3t=(P3t/P4t)×P4 (29)
目標ゲート有効開口面積演算部138は、目標ウェイストゲート流量Qwgt、目標タービン前後圧力比P3t/P4t、及び目標タービン上流圧力P3tに基づいて、ウェイストゲートバルブ34の有効開口面積の目標値である目標ゲート有効開口面積Swgtを算出する。
s]の理論式は、上記(14)式と同様に、エネルギー保存則、等エントロピ流れの関係式
、音速の関係式及び状態方程式より、下記(30)式のように導出される。
理論式に基づいて、タービン前後圧力比P3/P4と流量補正係数σ3との関係が予め設定されたマップデータを用い、目標タービン前後圧力比P3t/P4tに対応する流量補
正係数σ3を算出する。
基づいて、温度T3と音速a3との関係が予め設定されたマップデータを用い、実排気ガス温度T3rに対応する音速a3を算出する。
用い、下記(31)式のように、目標タービン上流圧力P3t及び実排気ガス温度T3rに基づいて密度ρ3を算出する。
ρ3=P3t/(R×T3r) (31)
Swgt=Qwgt/(σ3×a3×ρ3) (32)
ゲートバルブ制御値演算部139は、目標ゲート有効開口面積Swgtに基づいて、ゲートバルブアクチュエータ34aの制御値であるゲートバルブ制御値WGを算出する。制御装置100は、ゲートバルブ制御値WGに基づいて、ゲートバルブアクチュエータ34aに対して制御信号を出力し、ウェイストゲートバルブ34を駆動制御する。
WG=WGb+WGfb+WGlrn (33)
電動コンプレッサ制御部113は、コンプレッサ駆動用モータ43、及び電動コンプレッサバルブアクチュエータ47を駆動制御して、中間過給圧P12を制御する。電動コンプレッサ制御部113は、図2に示すように、電動コンプレッサ回転数制御部151、及びバイパスバルブ開度制御部158を備えている。以下で、電動コンプレッサ制御部113の各制御部の構成について詳細に説明する。
ドライバ等により加速要求が生じた場合、目標過給圧P2tは急速に上昇するが、排気エネルギーを用いるターボ過給機36では、過給圧の上昇までに応答遅れが生じる。その応答遅れ分を、応答の速い電動モータ43により駆動される電動コンプレッサ42を作動させる事により過給圧の上昇をアシストし、加速応答性の改善を図ることが望まれる。
電動コンプレッサ回転数制御部151は、基本目標回転数演算部152を備えている。基本目標回転数演算部152は、下記(34)式のように、実過給圧P2rから実中間過給圧P12rを減算した圧力差を、目標過給圧P2tから減算した値を、中間過給圧の目標値である目標中間過給圧P12tとして算出し、目標中間過給圧P12tと実大気圧P1rの比である目標電動コンプレッサ前後圧力比P12t/P1rを算出する。基本目標回転数演算部152は、目標電動コンプレッサ前後圧力比P12t/P1rと実吸入空気流量Qarとに基づいて、電動コンプレッサ42の目標回転数を算出する。
P12t=P2t−(P2r−P12r) (34)
本実施の形態では、コンプレッサの駆動力の観点でも、ターボコンプレッサ31を電動コンプレッサ42でアシストすることにより、過給圧の制御精度の向上を図るように構成されている。そのために、電動コンプレッサ回転数制御部151は、目標電動コンプレッサ駆動力演算部153、実電動コンプレッサ駆動力演算部154、及び目標回転数補正部155を備えている。以下で、詳細に説明する。
Pecpt=Pct−Pcr (35)
の指数計算結果との関係が予め設定されたマップデータが用いられてもよい。
流量Qa及び電動コンプレッサ前後圧力比P12/P1と、電動コンプレッサ42の断熱効率ηecとの関係が予め設定されたマップデータMAP6を用い、実吸入空気流量Qar及び実電動コンプレッサ前後圧力比P12r/P1rに対応する実断熱効率ηecrを算出する。なお、実電動コンプレッサ駆動力演算部154は、実断熱効率ηecrを一定値にするなど、断熱効率ηecの変化を考慮せずに、実電動コンプレッサ駆動力Pecprを算出するように構成されてもよい。
ηecr=MAP6(Qar,P12r/P1r) (37)
Necpt=Necpb+ΔNecpfb (38)
本実施の形態では、電動コンプレッサ42の実通過空気流量Qecmprを算出するために、電動コンプレッサ回転数制御部151は、実バイパスバルブ流量演算部156及び実電動コンプレッサ流量演算部157を備えている。以下で、詳細に説明する。
うに導出される。ここで、大気圧P1と中間過給圧P12との大小関係により、音速a4、流量補正係数σ4、密度ρ4の算出式が切り替わる。P1<P12の場合は、空気が逆流するため、流量補正係数σ4の算出値が負になるように、−1が乗算されている。
論式に基づいて、圧力比と流量補正係数σ4との関係が予め設定されたマップデータを用い、P1r>P12rの場合は、実バイパスバルブ前後圧力比P12r/P1r(実電動コンプレッサ前後圧力比P12r/P1r)に対応する流量補正係数σ4を算出し、P1r<P12rの場合は、実バイパスバルブ前後圧力比P1r/P12r(実電動コンプレッサ前後圧力比P1r/P12r)に対応する流量補正係数σ4を算出する。
づいて、温度と音速a4との関係が予め設定されたマップデータを用い、P1r>P12rの場合は、実吸入空気温度T1rに対応する音速a3を算出し、P1r<P12rの場合は、実中間過給温度T12rに対応する音速a3を算出する。
する。
い、P1r>P12rの場合は、実大気圧P1r及び実吸入空気温度T1rに基づいて密度ρ4を算出し、P1r<P12rの場合は、実中間過給圧P12r及び実中間過給温度T12rに基づいて密度ρ4を算出する。
Qecbvr=Secbvr×σ4×a4×ρ4 (40)
Qecmpr=Qar−Qecbvr (41)
バイパスバルブ開度制御部158は、電動コンプレッサバルブアクチュエータ47を駆動制御して、電動コンプレッサバイパスバルブ45の開度を変化させる。
Secbvt=(Qat−Qecmpr)/(σ4×a4×ρ4) (42)
本実施の形態に係る制御装置100の処理の手順(過給機付きエンジン1の制御方法)について、図7〜図10に示すフローチャートに基づいて説明する。図7〜図10のフローチャートの処理は、演算処理装置90が記憶装置91に記憶されたソフトウェア(プログラム)を実行することにより、例えば一定の演算周期毎に繰り返し実行される。
に、過給圧P2を制御するために、ウェイストゲートバルブ34を駆動制御するウェイストゲートバルブ制御処理(ウェイストゲートバルブ制御ステップ)を実行する。ステップS03のより詳細な処理を、図9のフローチャートに示す。ステップS21で、目標過給圧演算部131は、上記のように、目標充填効率Ect及び実回転数Nerに基づいて、目標過給圧P2tを算出する目標過給圧演算処理(目標過給圧演算ステップ)を実行する。ステップS22で、目標総圧縮機駆動力演算部132は、上記のように、吸入空気制御ステップにより算出された目標吸入空気流量Qatと、目標過給圧P2tと実大気圧P1rとの圧力比である目標総コンプレッサ前後圧力比P2t/P1rとに基づいて、目標総圧縮機駆動力Pctを算出する目標総圧縮機駆動力演算処理(目標総圧縮機駆動力演算ステップ)を実行する。
実電動コンプレッサ前後圧力比P12r/P1rに基づいて、実バイパスバルブ通過空気流量Qecbvrを算出する実バイパスバルブ流量演算処理(実バイパスバルブ流量演算ステップ)を実行する。ステップS32で、実電動コンプレッサ流量演算部157は、上記のように、実吸入空気流量Qarから実バイパスバルブ通過空気流量Qecbvrを減算した値を、電動コンプレッサ42の実通過空気流量Qecmprとして算出する実電動コンプレッサ流量演算処理(実電動コンプレッサ流量演算ステップ)を実行する。
Claims (7)
- 排気路に設けられたタービン及び吸気路におけるスロットルバルブの上流側に設けられ、前記タービンと一体的に回転するターボコンプレッサを有するターボ過給機と、前記吸気路における前記ターボコンプレッサの上流側に設けられた電動コンプレッサ及び前記電動コンプレッサを駆動する電動モータを有する電動過給機と、を備えた過給機付き内燃機関の制御装置であって、
前記吸気路を流れる吸入空気流量と、大気圧と、前記電動コンプレッサの下流側であって前記ターボコンプレッサの上流側の前記吸気路内の圧力である中間過給圧と、前記ターボコンプレッサの下流側であって前記スロットルバルブの上流側の前記吸気路内の圧力である過給圧と、を検出する運転状態検出部と、
前記過給圧の目標値を算出する目標過給圧演算部と、
前記過給圧の検出値から前記中間過給圧の検出値を減算した圧力差を、前記過給圧の目標値から減算した値を、前記中間過給圧の目標値として算出し、前記中間過給圧の目標値と前記大気圧の検出値の比である目標電動コンプレッサ前後圧力比を算出し、前記目標電動コンプレッサ前後圧力比と前記吸入空気流量の検出値とに基づいて、前記電動コンプレッサの目標回転数を算出し、前記電動コンプレッサの回転数が前記電動コンプレッサの目標回転数に近くづくように、前記電動モータを制御する電動コンプレッサ回転数制御部と、を備えた過給機付き内燃機関の制御装置。 - 前記電動コンプレッサ回転数制御部は、前記電動コンプレッサの上下流の圧力比である電動コンプレッサ前後圧力比と、前記電動コンプレッサの通過空気流量と、前記電動コンプレッサの回転数との関係が予め設定された回転数特性を用い、前記目標電動コンプレッサ前後圧力比及び前記吸入空気流量の検出値に対応する前記電動コンプレッサの回転数を、前記電動コンプレッサの目標回転数として算出する請求項1に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
- 前記吸入空気流量の目標値を算出する目標吸入空気流量演算部と、
前記吸入空気流量の目標値、及び前記過給圧の目標値と前記大気圧の検出値との圧力比に基づいて、前記ターボコンプレッサの駆動力と前記電動コンプレッサの駆動力とを合計した総駆動力の目標値である目標総圧縮機駆動力を算出する目標総駆動力演算部と、
前記吸入空気流量の検出値、及び前記中間過給圧の検出値と前記過給圧の検出値との圧力比に基づいて、前記ターボコンプレッサの駆動力の実値を算出する実ターボコンプレッサ駆動力演算部と、
前記目標総圧縮機駆動力から前記ターボコンプレッサの駆動力の実値を減算した値を、前記電動コンプレッサの駆動力の目標値として算出する目標電動コンプレッサ駆動力演算部と、
前記吸入空気流量の検出値、及び前記大気圧の検出値と前記中間過給圧の検出値との圧力比に基づいて、前記電動コンプレッサの駆動力の実値を算出する実電動コンプレッサ駆動力演算部と、
前記電動コンプレッサの駆動力の目標値と前記電動コンプレッサの駆動力の実値との駆動力差に基づいて、前記電動コンプレッサの目標回転数を補正する目標回転数補正部と、を更に備える請求項1又は2に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。 - 前記電動過給機は、前記電動コンプレッサを迂回する電動コンプレッサバイパス通路と、前記電動コンプレッサバイパス通路を開閉する電動コンプレッサバイパスバルブと、前記電動コンプレッサバイパスバルブを駆動する電動コンプレッサバルブアクチュエータと、を更に有し、
前記電動コンプレッサによる過給を行う時以外は、前記電動コンプレッサバイパスバルブを開くように、前記電動コンプレッサバルブアクチュエータを制御する電動コンプレッ
サバイパスバルブ制御部を更に備える請求項1から3のいずれか一項に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。 - 前記運転状態検出部により検出された前記電動コンプレッサバイパスバルブの開度の検出値、及び前記大気圧の検出値と前記中間過給圧の検出値との圧力比に基づいて、前記電動コンプレッサバイパスバルブの通過空気流量の実値を算出する実バイパスバルブ流量演算部と、
前記吸入空気流量の検出値から前記電動コンプレッサバイパスバルブの通過空気流量の実値を減算した値を、前記電動コンプレッサの通過空気流量の実値として算出する実電動コンプレッサ流量演算部と、を更に備え、
前記電動コンプレッサ回転数制御部は、前記吸入空気流量の検出値として前記電動コンプレッサの通過空気流量の実値を用い、前記目標電動コンプレッサ前後圧力比と前記電動コンプレッサの通過空気流量の実値とに基づいて、前記電動コンプレッサの目標回転数を算出する請求項4に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。 - 前記ターボ過給機は、前記タービンを迂回するタービンバイパス通路と、前記タービンバイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、前記ウェイストゲートバルブを駆動するゲートバルブアクチュエータと、を更に有し、
前記吸入空気流量の目標値を算出する目標吸入空気流量演算部と、
前記吸入空気流量の目標値、及び前記過給圧の目標値と前記大気圧の検出値との圧力比に基づいて、前記ターボコンプレッサの駆動力と前記電動コンプレッサの駆動力とを合計した総駆動力の目標値である目標総圧縮機駆動力を算出する目標総圧縮機駆動力演算部と、
前記目標総圧縮機駆動力を実現する、前記タービンへ流れる排気ガス流量であるタービン流量の目標値を算出する目標タービン流量演算部と、
前記吸入空気流量の検出値及び前記内燃機関の空燃比に基づいて、排気ガス流量の実値を算出する排気ガス流量演算部と、
前記排気ガス流量の実値から前記タービン流量の目標値を減算した値を、前記ウェイストゲートバルブを流れる排気ガス流量であるウェイストゲート流量の目標値として算出する目標ゲート流量演算部と、
前記目標総圧縮機駆動力を実現する、前記タービンの上下流の圧力比であるタービン前後圧力比の目標値を算出する目標タービン前後圧力比演算部と、
前記排気ガス流量の実値に基づいて前記タービンの下流圧力の実値を算出し、当該タービンの下流圧力の実値及び前記タービン前後圧力比の目標値に基づいて前記タービンの上流圧力の目標値を算出する目標タービン上流圧力演算部と、
前記ウェイストゲート流量の目標値、前記タービン前後圧力比の目標値、及び前記タービンの上流圧力の目標値に基づいて、前記ウェイストゲートバルブの有効開口面積の目標値を算出する目標ゲート有効開口面積演算部と、
前記有効開口面積の目標値に基づいて、前記ゲートバルブアクチュエータの制御値を算出するゲートバルブ制御値演算部と、を更に備えた請求項1から5のいずれか一項に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。 - 排気路に設けられたタービン及び吸気路におけるスロットルバルブの上流側に設けられ、前記タービンと一体的に回転するターボコンプレッサを有するターボ過給機と、前記吸気路における前記ターボコンプレッサの上流側に設けられた電動コンプレッサ及び前記電動コンプレッサを駆動する電動モータを有する電動過給機と、を備えた過給機付き内燃機関の制御方法であって、
前記吸気路を流れる吸入空気流量と、大気圧と、前記電動コンプレッサの下流側であって前記ターボコンプレッサの上流側の前記吸気路内の圧力である中間過給圧と、前記ターボコンプレッサの下流側であって前記スロットルバルブの上流側の前記吸気路内の圧力で
ある過給圧と、を検出する運転状態検出ステップと、
前記過給圧の目標値を算出する目標過給圧演算ステップと、
前記過給圧の検出値から前記中間過給圧の検出値を減算した圧力差を、前記過給圧の目標値から減算した値を、前記中間過給圧の目標値として算出し、前記中間過給圧の目標値と前記大気圧の検出値の比である目標電動コンプレッサ前後圧力比を算出し、前記目標電動コンプレッサ前後圧力比と前記吸入空気流量の検出値とに基づいて、前記電動コンプレッサの目標回転数を算出し、前記電動コンプレッサの回転数が前記電動コンプレッサの目標回転数に近くづくように、前記電動モータを制御する電動コンプレッサ回転数制御ステップと、を実行する過給機付き内燃機関の制御方法。
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