JP6314255B2 - 内燃機関の過給システム及び過給システムの制御方法 - Google Patents
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Description
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
内燃機関1は、例えば4気筒ディーゼルエンジンであり、吸気系4から取り込まれた吸気が燃焼室6においてコモンレール(不図示)から供給された燃料と圧縮着火燃焼されることによって、動力が発生する。燃焼室6で生じた排気ガスは、排気系8を介して外部に排出される。
尚、内燃機関1としてガソリンエンジンであってもよいことは言うまでもない。
尚、排気系8のうち排気用直列流路T3と排気用第2バイパス流路T5との下流側の合流地点21より下流側には、消音用のマフラー19が設けられている。
尚、フィードバック制御は例えばPID制御である。
図2は図1の制御装置20における制御ロジックを機能ブロックで示す模式図である。実施例1では、コンプレッサバイパスバルブ及び排気流量制御バルブをまとめて制御するための第1の制御指標θを導入する。コンプレッサバイパスバルブV1の開度は例えば0〜100%の範囲で動く。これを標準化するためにθ(値としては0〜1)を導入する。排気流量制御バルブV2の開度は例えば0〜100%の範囲で動く。これを標準化するためにθ(値としては1〜2)を導入する。コンプレッサバイパスバルブV1の開度、排気流量制御バルブV2の開度、θの関係は図3のようになる。
操作量θpid=Kp×偏差+Ki×偏差の累積値+Kd×前回偏差との差 (2)
により行われる。ここで右辺の第1項は比例項であり、第2項は積分項であり、第3項は微分項である。尚、上式における係数Kp、Ki、Kdはカットアンドトライで実際に制御した結果から最適な値を求めることにより設定するとよく、例えばステップ応答法、限界感度法等のような公知の手法を用いることができる。
θ=θpid+θff (3)
によって求められる(ステップS16)。このようにフィードフォワード制御部28を備えることにより、外乱入力に対する応答性が向上する。
上述の実施例1では、PID制御部26からのフィードバック成分を第1の制御指標θとして出力することで、コンプレッサバイパスバルブV1及び排気流量制御バルブV2を制御しているが、一般的に第1の制御指標θは過給圧に対して非線形特性を有するため、制御性に改善の余地が残されている。これは、以下に説明する実施例2によって解消することができる。
尚、図5乃至図7では、丸形状(白抜き)のシンボルはコンプレッサバイパスバルブV1に対応し、三角形状(白抜き)のシンボルは排気流量制御バルブV2に対応したデータをそれぞれ示している。
尚、図8のステップS21乃至S23は、図4(実施例1)のステップS11乃至S13と同様であるため、重複する説明は割愛する。
操作量τpid=kp×偏差+ki×偏差の累積値+kd×前回偏差との差 (4)
により算出される。ここで右辺の第1項は比例項であり、第2項は積分項であり、第3項は微分項である。尚、上式における係数kp、ki、kdはカットアンドトライで実際に制御した結果から最適な値を求めることにより設定するとよく、例えばステップ応答法、限界感度法等のような公知の手法を用いることができる。
τ=τpid+τff (5)
が得られる(ステップS27)。
2 内燃機関(エンジン)
4 吸気系
6 燃焼室
8 排気系
10A 高圧側ターボ過給機
10B 低圧側ターボ過給機
12A 高圧側ターボコンプレッサ
12B 低圧側ターボコンプレッサ
13 合流地点
14A 高圧側排気タービン
14B 低圧側排気タービン
16 インタークーラ
18 エアクリーナ
19 マフラー
20 制御装置
21 合流地点
22 目標過給圧算出部
24 過給圧検出部
25 減算器
26 PID制御部
28 フィードフォワード制御部
29 加算器
30 変換テーブル
Claims (5)
- 内燃機関と、
前記内燃機関からの排気ガスにより駆動される複数のターボ過給機と、
前記内燃機関の吸気流路を切換可能に構成された吸気流路切換弁と、
前記内燃機関の排気流路を切換可能に構成された排気流路切換弁と
前記内燃機関の運転状態に基づいて目標過給圧を算出する目標加給圧算出部と、
前記複数のターボ過給機の過給圧を検出する過給圧検出部と、
前記目標加給圧及び前記過給圧に基づいて算出される前記第1の制御指標に基づいて前記吸気流路切換弁及び前記排気流路切換弁を制御する制御部と
を備え、
前記第1の制御指標は、前記吸気流路切換弁及び前記排気流路切換弁の開度を変数として含む演算式により算出され、
前記第1の制御指標を前記過給圧に対して線形特性を有する第2の制御指標に変換するための変換テーブルを更に備え、
前記制御部は、前記目標加給圧及び前記過給圧に基づいて算出される前記第2の制御指標を前記変換テーブルによって前記第1の制御指標に変換し、当該第1の制御指標に基づいて前記吸気流路切換弁及び前記排気流路切換弁を制御することを特徴とする内燃機関の過給システム。 - 前記第2の制御指標は、該第2の制御指標が増加するに従って、前記吸気流路切換弁の開度が最大値から単調減少した後、前記排気流路切換弁が最大値から単調減少するように規定されることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の過給システム。
- 前記複数のターボ過給機は、
前記吸気流路に設けられた第1のターボコンプレッサ及び前記排気流路に設けられた第1の排気タービンを備える第1のターボ過給機と、
前記吸気流路において前記第1のターボコンプレッサより上流側に設けられた第2のターボコンプレッサ及び前記排気流路において前記第1の排気タービンより下流側に設けられた第2の排気タービンを備える第2のターボ過給機と
を含むことを特徴とする請求項1又は3に記載の内燃機関の過給システム。 - 前記吸気流路は、
外部から前記第1のターボコンプレッサ及び前記第2のターボコンプレッサを介して、前記内燃機関に接続される吸気用直列流路と、
前記第1のターボコンプレッサの出口側を前記第2のターボコンプレッサの出口側に接続する吸気用バイパス流路と
を備え、
前記排気流路は、
前記内燃機関から前記第2の排気タービン及び前記第1の排気タービンを介して外部に至るまでの排気用直列流路と、
前記第2の排気タービンの入口側と前記第1の排気タービンの入口側とを接続する排気用第1バイパス流路と、
前記排気用第1バイパス流路と前記排気用直列流路との下流側の接続ポイントより下流側と前記第2の排気タービンの出口側とを接続する排気用第2バイパス流路と
を備え、
前記吸気流路切換弁は前記吸気用バイパス流路に設けられたコンプレッサバイパスバルブであり、
前記排気用切換弁は前記排気用第1バイパス流路に設けられた排気流量制御バルブであることを特徴とする請求項4に記載の内燃機関の過給システム。 - 内燃機関と、
前記内燃機関からの排気ガスにより駆動される複数のターボ過給機と、
前記内燃機関の吸気流路を切換可能に構成された吸気流路切換弁と、
前記内燃機関の排気流路を切換可能に構成された排気流路切換弁とを備える内燃機関の過給システムの制御方法であって、
前記内燃機関の運転状態に基づいて目標過給圧を算出する目標加給圧算出工程と、
前記複数のターボ過給機の過給圧を検出する過給圧検出工程と、
前記目標加給圧及び前記過給圧に基づいて算出される前記第1の制御指標に基づいて前記吸気流路切換弁及び前記排気流路切換弁を制御する制御工程と
を備え、
前記第1の制御指標は、前記吸気流路切換弁及び前記排気流路切換弁の開度を変数として含む演算式により算出され、
前記第1の制御指標を前記過給圧に対して線形特性を有する第2の制御指標に変換するための変換テーブルを更に備え、
前記制御部は、前記目標加給圧及び前記過給圧に基づいて算出される前記第2の制御指標を前記変換テーブルによって前記第1の制御指標に変換し、当該第1の制御指標に基づいて前記吸気流路切換弁及び前記排気流路切換弁を制御することを特徴とする内燃機関の過給システムの制御方法。
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