JP6406301B2 - Engine control device - Google Patents
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Description
ここに開示された技術は、ターボ過給機付きのエンジンを制御する制御装置に関する。 The technology disclosed herein relates to a control device that controls an engine with a turbocharger.
ターボ過給機付きのエンジンにおいては、タービンが排気通路に設けられ、このタービンに連結されたコンプレッサが吸気通路に設けられ、タービンがエンジン本体の燃焼室から排出された排気によって回転駆動されることによりコンプレッサが回転駆動されて、燃焼室への吸入空気量が増大される。この種のターボ過給機においては、スロットルバルブの開度を絞った際にサージングと呼ばれるコンプレッサでの空気の逆流現象が生じ得ることが知られている。 In an engine with a turbocharger, a turbine is provided in an exhaust passage, a compressor connected to the turbine is provided in an intake passage, and the turbine is driven to rotate by exhaust exhausted from a combustion chamber of the engine body. As a result, the compressor is driven to rotate, and the amount of intake air into the combustion chamber is increased. In this type of turbocharger, it is known that an air backflow phenomenon in a compressor called surging can occur when the throttle valve opening is reduced.
サージングは、スロットルバルブの開度が絞られた場合に、エンジン本体への吸入空気量が減少する一方で、タービンが暫時回り続けるために、コンプレッサとその下流側に設けられたスロットルバルブとの間の吸気の圧力(過給圧)が維持されることに起因して生じる。このサージングの発生を抑制するために、コンプレッサをバイパスするバイパス通路と、バイパス通路を開閉するバイパスバルブとを備えた吸気還流機構を設けることが知られている。吸気還流機構は、サージングが生じることが予測される場合にバイパスバルブを開くことで、バイパス通路を介してコンプレッサの上流側に過給圧を逃がす仕組みである。 In surging, when the throttle valve opening is throttled, the amount of intake air to the engine body decreases, but the turbine continues to rotate for a while, so that there is a gap between the compressor and the throttle valve provided on the downstream side. This is caused by maintaining the intake pressure (supercharging pressure). In order to suppress the occurrence of this surging, it is known to provide an intake air recirculation mechanism including a bypass passage that bypasses the compressor and a bypass valve that opens and closes the bypass passage. The intake air recirculation mechanism is a mechanism for releasing the supercharging pressure to the upstream side of the compressor through the bypass passage by opening the bypass valve when surging is predicted to occur.
こうした吸気還流機構を備えるエンジンは、例えば特許文献1に開示されている。特許文献1に開示されたエンジンでは、コンプレッサの上下流の圧力比であるコンプレッサ圧力比とコンプレッサを通過する吸気の流量であるコンプレッサ通過流量とに基づいて、サージングが生じるか否かを予測する。このエンジンでは、スロットルバルブの開度とスロットルバルブの上下流の圧力とに基づいてスロットルバルブを通過する吸気の流量であるスロットルバルブ通過流量を算出し、それをコンプレッサ通過流量とみなしてサージングが生じるか否かの判定に利用している。 An engine including such an intake air recirculation mechanism is disclosed in Patent Document 1, for example. In the engine disclosed in Patent Document 1, it is predicted whether surging will occur based on the compressor pressure ratio, which is the pressure ratio between the upstream and downstream of the compressor, and the compressor passage flow rate, which is the flow rate of intake air passing through the compressor. In this engine, the throttle valve passage flow rate, which is the flow rate of the intake air that passes through the throttle valve, is calculated based on the throttle valve opening and the upstream and downstream pressures of the throttle valve, and surging occurs by regarding this as the compressor passage flow rate. It is used to determine whether or not.
上述した吸気還流機構を備えるエンジンでは、バイパスバルブを閉じているときには、スロットルバルブ通過流量に相当する流量だけがコンプレッサ通過流量となるが、バイパスバルブを開けて吸気の一部をバイパス通路を介してコンプレッサの下流側から上流側に還流させているときには、スロットルバルブ通過流量に加え、還流される吸気の流量である循環流量がコンプレッサ通過流量となる。 In the engine having the intake air recirculation mechanism described above, when the bypass valve is closed, only the flow rate corresponding to the throttle valve passage flow rate becomes the compressor passage flow rate, but the bypass valve is opened and a part of the intake air is passed through the bypass passage. When the compressor is refluxed from the downstream side to the upstream side, in addition to the throttle valve passage flow rate, the circulation flow rate that is the flow rate of the recirculated intake air becomes the compressor passage flow rate.
そのため、バイパスバルブを開けているときの実際のコンプレッサ通過流量は、スロットルバルブ通過流量よりも循環流量分だけ多い。したがって、特許文献1に開示のように、バイパスバルブが閉じているか開いているかに関わらずスロットルバルブ通過流量をコンプレッサ通過流量とみなしてサージングの発生を予測すると、バイパスバルブが開いているときには、実際よりも少ないコンプレッサ通過流量に基づいてバイパスバルブを閉じるか否かを判定することになる。 Therefore, the actual flow rate through the compressor when the bypass valve is opened is larger than the flow rate through the throttle valve by the circulation flow rate. Therefore, as disclosed in Patent Document 1, when the occurrence of surging is predicted by regarding the flow rate through the throttle valve as the flow rate through the compressor regardless of whether the bypass valve is closed or open, when the bypass valve is open, It is determined whether or not the bypass valve is closed based on the smaller compressor passage flow rate.
こうした判定によると、コンプレッサ通過流量に循環流量を考慮していないがためにバイパスバルブが早く閉じてしまう。そうすると、バイパスバルブが閉じられたときに、コンプレッサの下流側に送り込まれる吸気の流量が想定よりも多いため、その分だけ大きくコンプレッサの下流側の圧力が高められて、直ぐにサージングの発生が予測される状態となり、バイパスバルブが閉じた後早々に開けられる。このことに起因して、バイパスバルブの開閉制御において開動作と閉動作とが短い周期で繰り返すハンチングが発生するおそれがある。バイパスバルブの開閉制御にハンチングが発生すると、エンジンの運転制御がその影響を受けて不安定になることが懸念される。 According to such determination, the bypass valve closes early because the circulation flow rate is not considered in the compressor passage flow rate. Then, when the bypass valve is closed, the flow rate of the intake air that is sent to the downstream side of the compressor is higher than expected, so the pressure on the downstream side of the compressor is increased by that much, and the occurrence of surging is predicted immediately. And is opened as soon as the bypass valve is closed. Due to this, there is a possibility that hunting in which the opening operation and the closing operation are repeated in a short cycle in the opening / closing control of the bypass valve may occur. When hunting occurs in the opening / closing control of the bypass valve, there is a concern that the operation control of the engine may be affected and become unstable.
バイパスバルブの開閉制御でのハンチングの発生を防止するには、バイパスバルブを開状態から閉じるときの条件と閉状態から開けるときの条件とでヒステリシスを持たせることが考えられる。けれどもそうすると、コンプレッサの上下流の圧力とコンプレッサ通過流量とがサージングを生じない関係にあるときにもバイパス通路を通じて過給圧を逃がすことがあるため、過給性能が低下してしまう。過給性能の低下は、自動車の運転性(ドライバビリティ)の悪化や燃費の低下を招く。 In order to prevent the occurrence of hunting in the opening / closing control of the bypass valve, it is conceivable to provide hysteresis between the condition when the bypass valve is closed from the open state and the condition when the bypass valve is opened from the closed state. However, in this case, the supercharging pressure may be released through the bypass passage even when the pressure upstream and downstream of the compressor and the flow rate through the compressor do not cause surging, so that the supercharging performance is deteriorated. A decrease in supercharging performance leads to a deterioration in drivability and fuel consumption of the automobile.
ここに開示された技術は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、過給性能を悪化させることなく、バイパスバルブの開閉制御にハンチングが発生するのを抑制することにある。 The technology disclosed herein has been made in view of such a point, and its purpose is to suppress the occurrence of hunting in the opening / closing control of the bypass valve without deteriorating the supercharging performance. There is.
上記の目的を達成するために、ここに開示された技術では、バイパス通路を通じて還流される吸気の循環流量を加味してバイパスバルブを開状態から閉じるようにした。 In order to achieve the above object, in the technique disclosed herein, the bypass valve is closed from the open state in consideration of the circulation flow rate of the intake air recirculated through the bypass passage.
具体的には、ここに開示された技術は、吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボ過給機と、吸気通路に設けられてコンプレッサをバイパスするバイパス通路と、バイパス通路に設けられて当該バイパス通路を開閉するバイパスバルブとを備えたエンジンの制御装置を対象とする。この制御装置は、バイパスバルブの開閉制御を行うバルブ制御部と、バイパス通路を介してコンプレッサの下流側から上流側に循環される吸気の流量である循環流量を算出する循環流量算出部と、コンプレッサの出力であるコンプレッサ出力を算出するコンプレッサ出力算出部とを備える。そして、コンプレッサ出力算出部は、コンプレッサの上流側における吸気の圧力であるコンプレッサ上流圧力と、コンプレッサの下流側における吸気の圧力である目標過給圧と、吸気通路のうちバイパス通路よりも上流側又は下流側における吸気流量と、循環流量とに基づいて、前記コンプレッサ出力を算出し、バルブ制御部は、コンプレッサ出力に基づいてバイパスバルブを開状態から閉じる。
Specifically, the technology disclosed herein includes a turbocharger having a compressor provided in an intake passage, a bypass passage provided in the intake passage and bypassing the compressor, and a bypass provided in the bypass passage. The present invention is directed to an engine control device including a bypass valve that opens and closes a passage. The control device includes a valve control unit which controls the opening and closing of the bypass valve, and the circulation flow rate calculation unit that calculates a circulation flow rate is the flow rate of intake air that is circulated to the upstream side from the downstream side of the compressor via the bypass passage, the compressor A compressor output calculation unit that calculates a compressor output that is an output of the compressor . The compressor output calculation unit includes a compressor upstream pressure that is an intake pressure upstream of the compressor, a target boost pressure that is an intake pressure downstream of the compressor, and an upstream side of the bypass passage in the intake passage. The compressor output is calculated based on the intake flow rate on the downstream side and the circulation flow rate, and the valve control unit closes the bypass valve from the open state based on the compressor output .
ここに開示された技術はまた、吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボ過給機と、吸気通路に設けられてコンプレッサをバイパスするバイパス通路と、バイパス通路に設けられて当該バイパス通路を開閉するバイパスバルブとを備えたエンジンの制御装置を対象とする。この制御装置は、バイパスバルブの開閉制御を行うバルブ制御部と、バイパス通路を介してコンプレッサの下流側から上流側に循環される吸気の流量である循環流量を算出する循環流量算出部と、コンプレッサの出力であるコンプレッサ出力を算出するコンプレッサ出力算出部とを備える。そして、コンプレッサ出力算出部は、コンプレッサの上流側における吸気の圧力であるコンプレッサ上流圧力と、コンプレッサの下流側における吸気の圧力である、吸気圧センサが検出するコンプレッサ下流圧力と、吸気通路のうちバイパス通路よりも上流側又は下流側における吸気流量と、循環流量とに基づいて、前記コンプレッサ出力を算出し、バルブ制御部は、コンプレッサ出力に基づいてバイパスバルブを開状態から閉じる。The technology disclosed herein also includes a turbocharger having a compressor provided in the intake passage, a bypass passage provided in the intake passage and bypassing the compressor, and provided in the bypass passage for opening and closing the bypass passage. The present invention is directed to an engine control device including a bypass valve. The control device includes: a valve control unit that performs opening / closing control of the bypass valve; a circulation flow rate calculation unit that calculates a circulation flow rate that is a flow rate of intake air that is circulated from the downstream side to the upstream side of the compressor via the bypass passage; A compressor output calculation unit that calculates a compressor output that is an output of the compressor. The compressor output calculation unit bypasses the compressor upstream pressure that is the pressure of the intake air upstream of the compressor, the compressor downstream pressure that is detected by the intake pressure sensor that is the pressure of intake air downstream of the compressor, and the bypass of the intake passage. The compressor output is calculated based on the intake flow rate upstream and downstream of the passage and the circulation flow rate, and the valve control unit closes the bypass valve from the open state based on the compressor output.
これらの構成によると、バイパスバルブを開状態から閉じるか否かの判定に、コンプレッサ上流圧力とコンプレッサ下流圧力(目標過給圧又はセンサが検出する圧力)とバイパス通路の上流側又は下流側における吸気流量とに加えて循環流量を考慮するようにしたので、実際に即したコンプレッサ通過流量に応じてバイパスバルブを閉じるタイミングを緻密に制御することができる。それによって、バイパスバルブがコンプレッサ通過流量に循環流量を考慮していないがために早く閉じてしまうことを防止し、バイパスバルブの開閉制御にハンチングが発生するのを防止できる。また、こうしたバイパスバルブの閉じ制御によると、従来よりもコンプレッサの駆動状態の実情に合わせてバイパスバルブが閉じられるので、過給性能が低下することはない。
According to these configurations, the compressor upstream pressure, the compressor downstream pressure (target boost pressure or pressure detected by the sensor), and the intake air upstream or downstream of the bypass passage are used to determine whether or not the bypass valve is closed from the open state. Since the circulation flow rate is taken into consideration in addition to the flow rate, the timing for closing the bypass valve can be precisely controlled according to the actual compressor passage flow rate. This prevents the bypass valve from closing quickly because the circulation flow rate is not considered in the compressor passage flow rate, thereby preventing the occurrence of hunting in the opening / closing control of the bypass valve. Further, according to such bypass valve closing control, the bypass valve is closed in accordance with the actual state of the compressor driving state, so that the supercharging performance is not lowered.
また、バイパスバルブを閉じたときには、循環流量分の吸気がコンプレッサの下流に流れるためにコンプレッサ下流圧力が昇圧されるが、その程度はバイパスバルブが開状態にあるときのコンプレッサ出力が高いほど大きくなる。上記の構成によると、バイパスバルブを開状態から閉じるか否かの判定をコンプレッサ出力に基づいて行うようにしたので、バイパスバルブの閉じタイミングを緻密に制御できるという上述した作用効果を具体的に得ることができる。
Further, when the bypass valve is closed, the intake air corresponding to the circulation flow rate flows downstream of the compressor, so that the pressure downstream of the compressor is increased, but the extent becomes larger as the compressor output is higher when the bypass valve is open. . According to the above configuration, since the determination as to whether or not the bypass valve is closed from the open state is made based on the compressor output, the above-described effect of being able to precisely control the closing timing of the bypass valve is specifically obtained. be able to.
上記の制御装置において、循環流量算出部は、コンプレッサ上流圧力と、コンプレッサの下流側における吸気の圧力である、吸気圧センサが検出するコンプレッサ下流圧力と、バイパス通路の流路面積とに基づいて、循環流量を算出することが好ましい。
In the above control device, the circulation flow quantity calculating unit includes a compressor upstream pressure, a pressure of intake air in the downstream side of the compressor, the compressor downstream pressure detected by the intake pressure sensor, based on the flow passage area of the bypass passage It is preferable to calculate the circulation flow rate.
この構成によると、ベルヌーイの定理を用いることにより循環流量を簡単に算出することができる。
According to this configuration, the circulation flow rate can be easily calculated by using Bernoulli's theorem.
上記エンジンの制御装置によれば、過給性能を悪化させることなく、バイパスバルブの開閉制御にハンチングが発生するのを抑制できる。その結果、エンジンの運転制御の安定化を図ると共に、自動車の運転性の悪化や燃費の低下を防止することができる。 According to the engine control apparatus, it is possible to suppress occurrence of hunting in the opening / closing control of the bypass valve without deteriorating the supercharging performance. As a result, it is possible to stabilize the engine operation control and to prevent the deterioration of the drivability and fuel consumption of the automobile.
以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
図1に、この実施形態に係る制御装置が適用されたエンジン1の概略構成図を示す。 FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of an engine 1 to which a control device according to this embodiment is applied.
エンジン1は、過給機付きの火花点火式直噴エンジンであって、主に、図1に示すように、吸気(空気)と燃料との混合気を燃焼させるエンジン本体3と、エンジン本体3に導入される吸気が流通する吸気通路5と、エンジン本体3での混合気の燃焼により発生した排気が流通する排気通路7と、排気のエネルギーを利用して吸気を過給するターボ過給機8と、外部EGRを行うための外部EGR機構9と、当該エンジン1の制御に利用される情報を検出するセンサ類と、当該エンジン1の全体を制御するECU(Engine Control Unit)11とを備える。
The engine 1 is a spark ignition direct injection engine with a supercharger. As shown in FIG. 1, the engine 1 mainly burns a mixture of intake air (air) and fuel, and the engine body 3. An
<エンジン本体>
エンジン本体3は、複数の気筒13(例えば4つ、図1では1つのみ示す)が直列に設けられたシリンダブロック15と、このシリンダブロック15上に配置されたシリンダヘッド17とを備える。これらシリンダブロック15及びシリンダヘッド17の内部には、図示しないが、エンジン冷却水が流れるウォータジャケットが設けられている。
<Engine body>
The engine body 3 includes a
各気筒13には、混合気を燃焼させる燃焼室19を区画するピストン21が往復動可能に嵌め入れられている。このピストン21は、コネクティングロッド23を介してクランクシャフト25に連結されている。さらに、エンジン本体3には、インジェクタと呼ばれる燃料噴射装置27が設けられている。燃料噴射装置27は、ECU11からの制御信号に従って、所定のタイミングで燃焼室19に向けて燃料(例えばガソリン)を噴射する。
Each
また、シリンダヘッド17には、気筒13毎に、燃焼室19の天井面にそれぞれ開口した吸気ポート29及び排気ポート31が形成されている。吸気ポート29には、その燃焼室19側の開口を開閉する吸気バルブ33が設けられている。他方、排気ポート31には、その燃焼室19側の開口を開閉する排気バルブ35が設けられている。
Further, the
これら吸気バルブ33及び排気バルブ35は、エンジン本体3に設けられた図示しない動力伝達機構を介してクランクシャフト25に連結されている。動力伝達機構は、クランクシャフト25の回転に連動して吸気バルブ33及び排気バルブ35を開位置と閉位置との間で往復駆動する。この駆動によって、吸気バルブ33は吸気ポート29を、排気バルブ35は排気ポート31を、それぞれ所定のタイミングで開閉する。
The
シリンダヘッド17にはさらに、気筒13毎に、燃焼室19内の混合気に点火する点火プラグ37が設けられている。点火プラグ37は、ECU11からの制御信号に従って、所定のタイミングで火花を発生し、その火花によって混合気を爆発燃焼させる。この爆発燃焼により、ピストン21が気筒13内を往復運動し、そのピストン21の往復運動がクランクシャフト25の回転運動に変換されてトルク(回転動力)として出力される。
The
<吸気通路>
吸気通路5には、上流側から順に、外部から吸入される空気中に含まれるゴミ等の異物を取り除いて吸気を浄化するエアクリーナ39と、通過する吸気を昇圧させるコンプレッサ41と、通過する吸気を冷却するインタークーラ43と、エンジン本体3に導入される吸気の流量を調節するスロットルバルブ45と、エンジン本体3に供給される吸気を一時的に蓄えるサージタンク47とが設けられている。
<Intake passage>
In the
吸気通路5にはさらに、コンプレッサ41によって過給された吸気の一部をコンプレッサ41の上流側に環流させるための吸気還流機構48が設けられている。この吸気還流機構48は、吸気通路5におけるコンプレッサ41の下流側と上流側とを接続する吸気バイパス通路49と、吸気バイパス通路49に設けられたバイパスバルブ51とを備える。
The
バイパスバルブ51は、吸気バイパス通路49を全閉状態と全開状態とに切り換え可能な、いわゆるオンオフバルブである。このバイパスバルブ51が閉じた状態では、吸気バイパス通路49に吸気が流通不能なため、過給圧を逃がさない。他方、バイパスバルブ51を開けた状態では、吸気バイパス通路49に吸気が流通可能なため、過給された吸気の一部がコンプレッサ41の上流側に環流されて、過給圧が逃がされる。
The
吸気通路5のうちサージタンク47よりも下流側の部分は、詳しくは図示しないが、エンジン本体3の気筒13毎に分岐した複数の独立吸気通路を有する吸気マニホールド52によって構成されている。サージタンク47は、この吸気マニホールド52に含まれている。
The portion of the
<排気通路>
排気通路7には、上流側から順に、通過する排気によって回転するタービン53と、排気に含まれるNOx(窒素酸化物)、CO(一酸化炭素)、HC(炭化水素)等の有害な大気汚染物質を浄化する排気浄化装置55とが設けられている。
<Exhaust passage>
In the
排気浄化装置55は、例えば、三元触媒などの排気浄化用の触媒を内部に担持した触媒コンバータ61を2つ併用してなる。排気通路7のうち排気バイパス通路57よりも上流側の部分は、詳しくは図示しないが、エンジン本体3の気筒13毎に分岐した複数の独立排気通路を有する排気マニホールド60を含む。
The
排気通路7にはさらに、当該排気通路7に流通する排気を、タービン53をバイパスして流すための排気バイパス通路57が設けられている。この排気バイパス通路57には、当該排気バイパス通路57を流通する排気の流量を調節するウェイストゲートバルブ59が設けられている。このウェイストゲートバルブ59は、排気バイパス通路57の開度を全開状態と全閉状態との間で連続的に又は多段階に変化させることが可能な、いわゆるリニアバルブである。
The
<ターボ過給機>
ターボ過給機8は、吸気通路5に設けられた上記コンプレッサ41と、排気通路7に設けられた上記タービン53とを備える。これらコンプレッサ41とタービン53とは、シャフトを介して連結されており、一体に回転するようになっている。このターボ過給機8では、排気の流れを受けてタービン53が回転すると、そのタービン53の回転力を利用してコンプレッサ41が吸気を下流側に送り込み、吸気を圧縮(過給)する。
<Turbocharger>
The turbocharger 8 includes the
<外部EGR機構>
外部EGR機構9は、排気通路7に排出された排気の一部を吸気通路5へ還流させるEGR通路63と、EGR通路63を通じて還流させる排気を冷却するEGRクーラ65と、EGR通路63を流通する排気の還流量、つまりEGR流量を制御するEGRバルブ67とを備える。
<External EGR mechanism>
The
EGR通路63は、吸気マニホールド52と排気マニホールド60とを接続し、それら両マニホールド52,60を連通させている。EGRクーラ65及びEGRバルブ67は、EGR通路63に、その上流側(排気通路7側)から順に設けられている。EGRバルブ67は、EGR通路63の開度を全開状態と全閉状態との間で連続的に又は多段階に変化させることが可能なリニアバルブである。
The
<センサ類>
センサ類は、上述したエンジン本体3、吸気通路5、排気通路7及び外部EGR機構9の各所に設けられている。
<Sensors>
Sensors are provided in the engine main body 3, the
具体的には、エンジン本体3においては、クランクシャフト25の回転角度を検出するクランク角センサ69と、ウォータジャケット内のエンジン冷却水の温度であるエンジン水温を検出する水温センサ71とが設けられている。
Specifically, the engine body 3 is provided with a
吸気通路5においては、エアクリーナ39とコンプレッサ41との間で吸気流量を検出するエアフローセンサ73が設けられている。このエアフローセンサ73は、吸気温度を検出する温度センサを内蔵している。さらに、コンプレッサ41とスロットルバルブ45との間で且つインタークーラ43の下流側の吸気通路5には、ターボ過給機8により圧縮された吸気の圧力、つまり過給圧を検出する第1吸気圧センサ75が設けられている。
In the
吸気通路5にはさらに、スロットルバルブ45の開度を検出するスロットル開度センサ77が設けられている。また、スロットルバルブ45の下流側の吸気通路5、詳しくはサージタンク47には、当該サージタンク47内の圧力であるインマニ圧を検出する第2吸気圧センサ79が設けられている。この第2吸気圧センサ79は、サージタンク47内の温度であるインマニ温を検出する温度センサを内蔵している。
The
排気通路7においては、ウェイストゲートバルブ59の開度を検出するWG開度センサ81が設けられている。さらに、タービン53と排気浄化装置55との間の排気通路7と、2つの触媒コンバータ61の間の排気通路7とには、O2センサ83,85がそれぞれ設けられている。これら2つのO2センサ83,85の検出値は、燃焼室19内の空燃比をフィードバック制御するのに利用される。
In the
また、外部EGR機構9においては、EGRバルブ67の開度を検出するEGR開度センサ87が設けられている。さらに、EGRクーラ65とEGRバルブ67との間のEGR通路63には、EGRバルブ67の上流側における排気の圧力であるEGRバルブ上流圧力を検出する排圧センサ89が設けられている。
The
その他、エンジン1は、大気圧を検出する大気圧センサ91や、自動車の速度を検出する車速センサ93、アクセルペダルの踏み込み量に応じたアクセル開度を検出するアクセルセンサ95などを備える。
In addition, the engine 1 includes an
自動車の運転中は、これら各種のセンサ69〜95の検出値が、ECU11に出力されるようになっている。
The detected values of these
<ECU>
ECU11は、CPU(Central Processing Unit)やROM(Read Only Memory)とかRAM(Random Access Memory)といった内部メモリ等のハードウェアと、OS(Operating System)等の基本制御プラグラムやOS上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含むソフトウェアとで構成されたコンピュータであり、上記センサ類の検出値に基づいて吸気還流機構48を用いた吸気の還流制御を含むエンジン1の運転を総合的に制御する。なお、ECU11は、エンジン1の制御装置の一例である。
<ECU>
The
図2に、バイパスバルブ51の開度制御に関わる部分を中心とした、ECU11の機能構成図を示す。ECU11は、図2に示すように、機能的には、エンジン1の運転状態に応じて要求される過給圧の目標値である目標過給圧を設定する目標過給圧設定部101と、吸気バイパス通路49を介してコンプレッサ41の下流側から上流側に還流される吸気の流量である循環流量を算出する循環流量算出部103と、バイパスバルブ51の開閉制御を行うバルブ制御部105と、各種データを記憶する記憶部107とを備える。
FIG. 2 shows a functional configuration diagram of the
目標過給圧設定部101は、記憶部107に予め記憶されている過給圧マップに基づいて目標過給圧を設定する。過給圧マップには、充填効率の目標値である目標充填効率及びエンジン回転数と、それらに対応した目標過給圧とが規定されている。目標過給圧は、目標充填効率及びエンジン回転数を、その過給圧マップに照らし合わせることにより設定される。エンジン回転数は、クランク角センサ69の検出値から算出される(以下同じ)。
The target boost
目標充填効率は、エンジン回転数と、図示平均有効圧力の目標値である目標図示平均有効圧力とに基づいて算出される。目標図示平均有効圧力は、トルク損失となる機械抵抗やポンプ損失(ポンピングロス)と、エンジン1の出力トルクの目標値である目標トルクとに基づいて算出される。目標トルクは、車速センサ93によって検出される車速と、アクセルセンサ95によって検出されるアクセル開度とに基づいて求められる。
The target charging efficiency is calculated based on the engine speed and the target indicated mean effective pressure that is a target value of the indicated mean effective pressure. The target indicated mean effective pressure is calculated based on the mechanical resistance and pump loss (pumping loss) that become torque loss and the target torque that is the target value of the output torque of the engine 1. The target torque is obtained based on the vehicle speed detected by the
循環流量算出部103は、バイパスバルブ51が開いているときには、コンプレッサ41の上流側における吸気の圧力であるコンプレッサ上流圧力と、コンプレッサ41の下流側における吸気の圧力であるコンプレッサ下流圧力と、吸気バイパス通路49の流路面積とに基づき、ベルヌーイの定理を用いて循環流量を算出する。ここで、コンプレッサ上流圧力は、大気圧に相当する。このため、コンプレッサ上流圧力としては、大気圧センサ91によって検出される大気圧が用いられる。また、コンプレッサ下流圧力には、第1吸気圧センサ75によって検出される過給圧が用いられる。吸気バイパス通路49の流路面積は既知である。
When the
また、循環流量算出部103は、バイパスバルブ51が閉じているときには、循環流量を0(流量なし)として算出する。
The circulation flow
バルブ制御部105は、コンプレッサ41の出力(駆動力)の目標値である目標コンプレッサ出力を算出するコンプレッサ出力算出部としての目標コンプレッサ出力算出部109と、コンプレッサ41の上流側及び下流側の吸気圧力の比であるコンプレッサ圧力比についてサージングが発生する圧力比であるサージ発生圧力比を設定するサージ発生圧力比取得部111と、サージングが発生するコンプレッサ41の出力の閾値である上限コンプレッサ出力を算出する上限コンプレッサ出力算出部113とを備える。
The
目標コンプレッサ出力算出部109は、吸気のガス定数と、吸気の比熱比と、コンプレッサ41を通過する吸気の流量であるコンプレッサ通過流量と、エアフローセンサ73によって検出される吸気温度と、大気圧センサ91によって検出される大気圧と、目標過給圧設定部101によって設定される目標過給圧とに基づいて、以下の式(1)により目標コンプレッサ出力を算出する。
The target compressor
ここで、「Ra」は、吸気のガス定数(空気のガス定数)である。「κa」は、吸気の比熱比(空気の比熱比)である。「T1」は、コンプレッサ上流温度(吸気温度)である。「Ga」は、コンプレッサ通過流量である。「P1」は、コンプレッサ上流圧力(大気圧)である。「P2」は、コンプレッサ下流圧力(目標過給圧)である。こうして算出される目標コンプレッサ出力Pctは、標準状態(所定の温度や圧力などにより規定された状態、以下同様とする)での出力である。 Here, “Ra” is the gas constant of intake air (gas constant of air). “Κa” is a specific heat ratio of intake air (specific heat ratio of air). “T1” is the compressor upstream temperature (intake air temperature). “Ga” is the compressor passage flow rate. “P1” is the compressor upstream pressure (atmospheric pressure). “P2” is the compressor downstream pressure (target boost pressure). The target compressor output P ct calculated in this way is an output in a standard state (a state defined by a predetermined temperature, pressure, etc., and so on).
コンプレッサ通過流量「Ga」は、循環流量を考慮した流量であって、エアフローセンサ73によって検出される吸気流量と、循環流量算出部103によって算出される循環流量とを加算することにより算出される。すなわち、バイパスバルブ51が閉じているときには、循環流量がないため、エアフローセンサ73によって検出される吸気流量がそのままコンプレッサ通過流量として算出される。他方、バイパスバルブ51を開いているときには、循環流量があるため、エアフローセンサ73によって検出される吸気流量に、循環流量算出部103によって算出される循環流量を足し合わせた流量がコンプレッサ通過流量として算出される。
The compressor passage flow rate “Ga” is a flow rate considering the circulation flow rate, and is calculated by adding the intake flow rate detected by the
サージ発生圧力比取得部111は、記憶部107に予め記憶されているコンプレッサ性能マップに基づいてサージ発生圧力比を取得する。図3に、コンプレッサ性能マップのイメージ図を示す。コンプレッサ性能マップは、ターボ過給機8の性能を示しており、図3に示すように、コンプレッサ通過流量と、コンプレッサ圧力比(過給圧/大気圧)と、コンプレッサ41の回転数であるコンプレッサ回転数との関係を規定している。
The surge generation pressure
コンプレッサ性能マップには、図3に破線で示すサージラインLよりもコンプレッサ通過流量が少ない領域に、いわゆるサージ領域(斜線を付した領域)が規定されている。サージ領域は、コンプレッサ通過流量とコンプレッサ圧力比との関係で規定され、コンプレッサ圧力比が大きいほどコンプレッサ通過流量が多い側に拡大されている。このサージ領域は、コンプレッサ通過流量に対して、コンプレッサ圧力比が高すぎるため、コンプレッサで過給された吸気がコンプレッサ41に逆流し得る、つまりサージングが発生し得る運転領域である。
In the compressor performance map, a so-called surge region (shaded region) is defined in a region where the compressor passage flow rate is smaller than the surge line L indicated by a broken line in FIG. The surge region is defined by the relationship between the compressor passage flow rate and the compressor pressure ratio. The larger the compressor pressure ratio, the larger the surge region. This surge region is an operating region in which intake air supercharged by the compressor can flow back to the
サージ発生圧力比取得部111は、エアフローセンサ73によって検出される吸気流量をコンプレッサ通過流量としてコンプレッサ性能マップに照らし合わせることにより、その吸気流量に対応したサージラインL上のコンプレッサ圧力比をサージ発生圧力比として取得する。こうして取得されるサージ発生圧力比は、バイパスバルブ51を閉じている状態、つまり循環流量がない場合において、サージングが発生するコンプレッサ圧力比である。
The surge generation pressure
上限コンプレッサ出力算出部113は、吸気のガス定数と、吸気の比熱比と、エアフローセンサ73によって検出される吸気流量及び吸気温度と、サージ発生圧力比取得部111によって取得されるサージ発生圧力比とに基づいて、上記の式(1)と同様な以下の式(2)により上限コンプレッサ出力を算出する。
The upper limit compressor
ここで、コンプレッサ通過流量「Gacl」には、バイパスバルブ51が閉じているときのコンプレッサ通過流量として、エアフローセンサ73によって検出される吸気流量が用いられる。また、コンプレッサ下流圧力とコンプレッサ上流圧力との比「(P2/P1)sarg」には、サージ発生圧力比が用いられる。その他の係数「Ra」、「κa」、「T1」については、上記の式(1)と同じである。こうして算出される上限コンプレッサ出力Pclも、標準状態での出力である。
Here, as the compressor passage flow rate “Ga cl ”, the intake flow rate detected by the
バルブ制御部105は、上記の目標コンプレッサ出力算出部109、サージ発生圧力比取得部111及び上限コンプレッサ出力算出部113の機能を用いて、バイパスバルブ51の開閉制御を行う。このバルブ制御部105によるバイパスバルブ51の開閉制御について、以下に、図4を参照しながら説明する。図4は、バイパスバルブ51の開閉制御の方法を示すブロック図である。
The
バルブ制御部105は、図4に示すように、まず、目標コンプレッサ出力算出部109の機能により、エアフローセンサ73によって検出される吸気温度と、エアフローセンサ73によって検出される吸気流量と循環流量設定部93によって設定された循環流量とを足し合わせて得られるコンプレッサ通過流量と、大気圧センサ91によって検出される大気圧と、目標過給圧設定部101によって設定される目標過給圧とに基づいて、目標コンプレッサ出力Pctを算出する。
As shown in FIG. 4, the
また、バルブ制御部105は、サージ発生圧力比取得部111の機能により、エアフローセンサ73によって検出される吸気流量に基づきコンプレッサ性能マップを参照してサージ発生圧力比を取得する。さらに、バルブ制御部105は、上限コンプレッサ出力算出部113の機能により、そのサージ発生圧力比と、エアフローセンサ73によって検出される吸気流量及び吸気温度とに基づいて、上限コンプレッサ出力Pclを算出する。
Further, the
そして、バルブ制御部105は、目標コンプレッサ出力Pct及び上限コンプレッサ出力Pclに基づいて、バイパスバルブ51を開いた状態とするか又は閉じた状態とするかを判定する。具体的には、目標コンプレッサ出力Pctが上限コンプレッサ出力Pclよりも小さい場合には、コンプレッサ41がその性能において許容できる仕事率で駆動することになるから、サージングは発生し難いとして、バイパスバルブ51を閉じる。他方、目標コンプレッサ出力Pctが上限コンプレッサ出力Pcl以上である場合には、コンプレッサ41がその性能を超える仕事率で駆動することになるから、サージングが発生する蓋然性が高いとして、バイパスバルブ51を開ける。
Then, the
こうしたバイパスバルブ51の開閉制御に従えば、バイパスバルブ51を開状態から閉じるか否かの判定に、コンプレッサ通過流量として循環流量が考慮されているので、実際に即したコンプレッサ通過流量に応じてバイパスバルブ51を閉じるタイミングが緻密に制御される。
According to such opening / closing control of the
したがって、この実施形態に係るエンジン1のECU11によると、バイパスバルブ51がコンプレッサ通過流量に循環流量を考慮していないがために早く閉じてしまうことを防止し、バイパスバルブ51の開閉制御にハンチングが発生するのを防止できる。また、従来よりもコンプレッサ41の駆動状態の実情に合わせてバイパスバルブ51が閉じられるので、過給性能が低下することもない。その結果、エンジン1の運転制御の安定化を図ると共に、自動車の運転性の悪化や燃費の低下を防止することができる。
Therefore, according to the
以上のように、本出願に開示する技術の例示として、好ましい実施形態を説明した。しかし、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須でない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることを以て、直ちにそれらの必須でない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。 As described above, a preferred embodiment has been described as an example of the technique disclosed in the present application. However, the technology in the present disclosure is not limited to this, and can also be applied to embodiments in which changes, replacements, additions, omissions, and the like have been made as appropriate. Moreover, it is also possible to combine each component demonstrated by the said embodiment into a new embodiment. In addition, the constituent elements described in the accompanying drawings and the detailed description may include constituent elements that are not essential for solving the problem. For this reason, it should not be immediately recognized that these non-essential components are essential because they are described in the accompanying drawings and detailed description.
例えば、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。 For example, the following embodiment may be configured as follows.
上記実施形態では、目標コンプレッサ出力Pctを上限コンプレッサ出力Pclと比較することによりバイパスバルブ51の開閉を制御するとしたが、これに限らず、目標コンプレッサ出力Pctに代えて、現在のエンジン1の運転状態に応じたコンプレッサ出力である実コンプレッサ出力を用いるようにしてもよい。
In the above embodiment, the opening and closing of the
すなわち、バルブ制御部105は、実コンプレッサ出力が上限コンプレッサ出力Pclよりも小さい場合にバイパスバルブ51を閉じ、実コンプレッサ出力が上限コンプレッサ出力Pcl以上である場合にバイパスバルブ51を開けるようにしてもよい。この場合、バルブ制御部105は、目標コンプレッサ出力算出部109に代えて、実コンプレッサ出力を算出する実コンプレッサ出力算出部を備える。実コンプレッサ出力は、例えば、上記の式(1)において、コンプレッサ下流圧力「P2」に第1吸気圧センサ75によって検出される過給圧を用いることにより算出される。
That is, the
また、上記実施形態では、目標コンプレッサ出力Pctを算出するのに用いられるコンプレッサ通過流量を、エアフローセンサ73の検出値とする、いわゆるLジェトロニック方式で求める例を説明したが、これに限らない。当該コンプレッサ通過流量は、スロットル開度センサ77によって検出されるスロットルバルブ45の開度と、第1吸気圧センサ75によって検出される過給圧と、第2吸気圧センサ79によって検出されるインマニ圧及びインマニ温とに基づいて算出する、いわゆるDジェトロニック方式で求めてもよい。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the example calculated | required by what is called a L-Jetronic system which makes the compressor passage flow rate used for calculating target compressor output Pct the detection value of the
以上説明したように、ここに開示された技術は、ターボ過給機を備えたエンジンの制御装置について有用である。 As described above, the technology disclosed herein is useful for an engine control device including a turbocharger.
1…エンジン、3…エンジン本体、5…吸気通路、7…排気通路、8…ターボ過給機、
9…外部EGR機構、11…ECU(エンジンの制御装置)、13…気筒、
15…シリンダブロック、17…シリンダヘッド、19…燃焼室、21…ピストン、
23…コネクティングロッド、25…クランクシャフト、27…燃料噴射装置、
29…吸気ポート、31…排気ポート、33…吸気バルブ、35…排気バルブ、
37…点火プラグ、39…エアクリーナ、41…コンプレッサ、
43…インタークーラ、45…スロットルバルブ、47…サージタンク、
48…吸気還流機構、49…吸気バイパス通路、51…バイパスバルブ、
52…吸気マニホールド、53…タービン、55…排気浄化装置、
57…排気バイパス通路、59…ウェイストゲートバルブ、60…排気マニホールド、
61…触媒コンバータ、63…EGR通路、65…EGRクーラ、67…EGRバルブ、
69…クランク角センサ、71…水温センサ、73…エアフローセンサ、
75…第1吸気圧センサ、77…スロットル開度センサ、79…第2吸気圧センサ、
81…WG開度センサ、83,85…O2センサ、87…EGR開度センサ、
89…排圧センサ、91…大気圧センサ、93…車速センサ、95…アクセルセンサ、
101…目標過給圧設定部、103…循環流量算出部、105…バルブ制御部、
107…記憶部、109…目標コンプレッサ出力算出部(コンプレッサ出力算出部)、
111…サージ発生圧力比取得部、113…上限コンプレッサ出力算出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine, 3 ... Engine body, 5 ... Intake passage, 7 ... Exhaust passage, 8 ... Turbocharger,
9 ... External EGR mechanism, 11 ... ECU (engine control device), 13 ... Cylinder,
15 ... Cylinder block, 17 ... Cylinder head, 19 ... Combustion chamber, 21 ... Piston,
23 ... Connecting rod, 25 ... Crankshaft, 27 ... Fuel injection device,
29 ... Intake port, 31 ... Exhaust port, 33 ... Intake valve, 35 ... Exhaust valve,
37 ... Spark plug, 39 ... Air cleaner, 41 ... Compressor,
43 ... Intercooler, 45 ... Throttle valve, 47 ... Surge tank,
48 ... Intake recirculation mechanism, 49 ... Intake bypass passage, 51 ... Bypass valve,
52 ... Intake manifold, 53 ... Turbine, 55 ... Exhaust gas purification device,
57 ... exhaust bypass passage, 59 ... waste gate valve, 60 ... exhaust manifold,
61 ... catalytic converter, 63 ... EGR passage, 65 ... EGR cooler, 67 ... EGR valve,
69 ... Crank angle sensor, 71 ... Water temperature sensor, 73 ... Air flow sensor,
75 ... 1st intake pressure sensor, 77 ... Throttle opening sensor, 79 ... 2nd intake pressure sensor,
81 ... WG opening sensor, 83 and 85 ... O 2 sensor, 87 ... EGR opening degree sensor,
89 ... Exhaust pressure sensor, 91 ... Atmospheric pressure sensor, 93 ... Vehicle speed sensor, 95 ... Accelerator sensor,
101 ... Target boost pressure setting unit, 103 ... Circulation flow rate calculation unit, 105 ... Valve control unit,
107: storage unit, 109: target compressor output calculation unit (compressor output calculation unit),
111: Surge generation pressure ratio acquisition unit, 113: Upper limit compressor output calculation unit
Claims (3)
前記吸気通路に設けられて前記コンプレッサをバイパスするバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられて当該バイパス通路を開閉するバイパスバルブとを備えたエンジンの制御装置であって、
前記バイパスバルブの開閉制御を行うバルブ制御部と、
前記バイパス通路を介して前記コンプレッサの下流側から上流側に循環される吸気の流量である循環流量を算出する循環流量算出部と、
前記コンプレッサの出力であるコンプレッサ出力を算出するコンプレッサ出力算出部とを備え、
前記コンプレッサ出力算出部は、前記コンプレッサの上流側における吸気の圧力であるコンプレッサ上流圧力と、前記コンプレッサの下流側における吸気の圧力である目標過給圧と、前記吸気通路のうち前記バイパス通路よりも上流側又は下流側における吸気流量と、前記循環流量とに基づいて、前記コンプレッサ出力を算出し、
前記バルブ制御部は、前記コンプレッサ出力に基づいて前記バイパスバルブを開状態から閉じる
ことを特徴とするエンジンの制御装置。 A turbocharger having a compressor provided in the intake passage;
A bypass passage provided in the intake passage and bypassing the compressor;
An engine control device comprising a bypass valve provided in the bypass passage and opening and closing the bypass passage,
A valve control unit for controlling opening and closing of the bypass valve;
A circulation flow rate calculation unit for calculating a circulation flow rate that is a flow rate of intake air circulated from the downstream side to the upstream side of the compressor via the bypass passage;
A compressor output calculation unit for calculating a compressor output which is an output of the compressor ,
The compressor output calculation unit includes a compressor upstream pressure that is an intake pressure upstream of the compressor, a target supercharging pressure that is an intake pressure downstream of the compressor, and a bypass passage out of the intake passage. Based on the intake flow rate on the upstream side or the downstream side and the circulation flow rate, the compressor output is calculated,
The valve control unit closes the bypass valve from an open state based on the compressor output, and controls the engine.
前記吸気通路に設けられて前記コンプレッサをバイパスするバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられて当該バイパス通路を開閉するバイパスバルブとを備えたエンジンの制御装置であって、
前記バイパスバルブの開閉制御を行うバルブ制御部と、
前記バイパス通路を介して前記コンプレッサの下流側から上流側に循環される吸気の流量である循環流量を算出する循環流量算出部と、
前記コンプレッサの出力であるコンプレッサ出力を算出するコンプレッサ出力算出部とを備え、
前記コンプレッサ出力算出部は、前記コンプレッサの上流側における吸気の圧力であるコンプレッサ上流圧力と、前記コンプレッサの下流側における吸気の圧力である、吸気圧センサが検出するコンプレッサ下流圧力と、前記吸気通路のうち前記バイパス通路よりも上流側又は下流側における吸気流量と、前記循環流量とに基づいて、前記コンプレッサ出力を算出し、
前記バルブ制御部は、前記コンプレッサ出力に基づいて前記バイパスバルブを開状態から閉じる
ことを特徴とするエンジンの制御装置。 A turbocharger having a compressor provided in the intake passage;
A bypass passage provided in the intake passage and bypassing the compressor;
An engine control device comprising a bypass valve provided in the bypass passage and opening and closing the bypass passage,
A valve control unit for controlling opening and closing of the bypass valve;
A circulation flow rate calculation unit for calculating a circulation flow rate that is a flow rate of intake air circulated from the downstream side to the upstream side of the compressor via the bypass passage;
A compressor output calculation unit for calculating a compressor output which is an output of the compressor,
The compressor output calculation unit includes a compressor upstream pressure that is an intake pressure upstream of the compressor, a compressor downstream pressure that is detected by an intake pressure sensor that is an intake pressure downstream of the compressor, and an intake passage. Of these, the compressor output is calculated based on the intake flow rate upstream or downstream of the bypass passage and the circulation flow rate,
The engine control device , wherein the valve control unit closes the bypass valve from an open state based on the compressor output .
前記循環流量算出部は、前記コンプレッサ上流圧力と、前記コンプレッサの下流側における吸気の圧力である、吸気圧センサが検出するコンプレッサ下流圧力と、前記バイパス通路の流路面積とに基づいて、前記循環流量を算出する
ことを特徴とするエンジンの制御装置。 In the engine control apparatus according to claim 1 or 2 ,
The circulation flow amount calculating section includes: the compressor upstream pressure, a pressure in the intake downstream side of the compressor, the compressor downstream pressure detected by the intake pressure sensor, based on the flow passage area of the bypass passage, wherein An engine control device that calculates a circulation flow rate.
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