JP7093636B2 - 過給圧制御方法及び過給圧制御装置 - Google Patents
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Description
このような過給装置としては、例えば、排気でタービンを回転させ、その回転力により空気の圧縮を行うコンプレッサを駆動し、圧縮した空気を内燃機関へ送り込むターボチャージャと称される構成のもの等が提案、実用化されている。
例えば、車両減速におけるコンプレッササージの発生の有無を検出し、コンプレッササージの発生が検出された場合、タービン開度を、通常時とは異なるサージ防止用の開度へ変更することでコンプレッササージ防止を行う手法などは、従来から広く知られている(例えば、特許文献1等参照)。
すなわち、コンプレッササージの発生回避のために設定されるサージ防止用開度は、試験結果やシミュレーション結果等に基づいて予め好適な値として定められた所定の開度であったり、又、エンジン回転数と燃料噴射量などを入力パラメータとして、その入力パラメータに適したサージ防止用開度を読み出し可能に構成されたマップにより選択された開度が用いられる。
内燃機関の排気路を流通する排気によりタービンを駆動して前記タービンに連結されたコンプレッサによって吸入路を流通する空気を前記内燃機関に過給する過給装置における過給圧制御方法であって、
前記内燃機関が、前記コンプレッサをサージ領域で動作せしめる動作領域にあると判定された場合に、
前記タービンを絞り式に基づいた物理モデルに置き換えて得られた演算式を用いて前記タービンにおけるコンプレッササージ防止のための目標タービン開口面積を算出し、
前記タービンの開口を前記目標タービン開口面積に対応した開度に設定して前記コンプレッサにおけるコンプレッササージの発生を防止可能とし、
前記目標タービン開口面積の算出に用いられる前記タービンの入力側におけるタービン圧には、
実過給圧に対する前記タービンの入力側の圧力の比であって、前記コンプレッササージの発生防止のための目標圧力比を、実過給圧に応じて設定し、当該目標圧力比と前記実過給圧とから算出された目標タービン圧が用いられるよう構成されてなるものである。
また、上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る過給圧制御装置は、
内燃機関の排気路を流通する排気によりタービンを駆動して前記タービンに連結されたコンプレッサによって吸入路を流通する空気を前記内燃機関に過給する過給装置による前記内燃機関へ対する過給圧を、電子制御ユニットにより制御可能に構成されてなる過給圧制御装置であって、
前記電子制御ユニットは、
前記内燃機関が、前記コンプレッサをサージ領域で動作せしめる動作領域にあると判定された場合に、
前記タービンを絞り式に基づいた物理モデルに置き換えて得られた演算式を用いて前記タービンにおけるコンプレッササージ防止のための目標タービン開口面積を算出し、
前記タービンの開口を前記目標タービン開口面積に対応した開度に設定可能に構成されると共に、
前記目標タービン開口面積の算出に用いられる前記タービンの入力側におけるタービン圧には、
実過給圧に対する前記タービンの入力側の圧力の比であって、前記コンプレッササージの発生防止のための目標圧力比を、実過給圧に応じて設定し、当該目標圧力比と前記実過給圧とから算出された目標タービン圧が用いられるよう構成されてなるものである。
また、従来のマップを用いた過給圧制御と異なり、マップ作成の際に要したような膨大なデータの取得、設定等の作業が不要であるため、装置の低価格化を図りつつ、従来のマップを用いた過給圧制御では網羅困難な範囲であっても確実にコンプレッササージの発生を防止することができるという効果を奏するものである。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における過給圧制御装置の構成例について、図1を参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態における過給圧制御装置は、内燃機関としてのエンジン1のエミッション低減等のために設けられた過給装置16における過給動作を電子制御ユニット2により制御可能に構成されてなるものである。
まず、エンジン1のインテークマニホールド11aには、燃料の燃焼のために必要な空気を取り入れる吸気管12が、また、エキゾーストマニホールド11bには、燃焼したガスを排気するための排気管13が、それぞれ接続されている。
可変タービン17は、排気の流れにより得られた回転力によりコンプレッサ18を回転せしめる一方、コンプレッサ18においては、吸入空気が圧縮されて、その圧縮空気がインテークマニホールド11aへ過給されるようになっている。
そして、このインタークーラ19と連通路14との間には、吸入空気の量を調整するためのインテークスロットルバルブ20が設けられている。
さらに、吸気管12においては、インテークスロットルバルブ20の下流側には、過給圧を検出する過給圧センサ22が設けられている。
かかる電子制御ユニット2は、例えば、公知・周知の構成を有してなるマイクロコンピュータを中心に、RAMやROM等の記憶素子(図示せず)を備えると共に、入出力インターフェイス回路(図示せず)を主たる構成要素として構成されてなるものである。
上述のように電子制御ユニット2に入力された各種の検出信号は、エンジン動作制御や、後述する本発明の実施の形態における過給圧制御処理等に供されるようになっている。
最初に、本発明の実施の形態における過給圧制御方法について概括的に説明する。
本発明の実施の形態における過給圧制御方法は、コンプレッサ18がサージ領域で動作するようなエンジン1の動作状況となった場合に、可変タービン17のタービン開口を、絞り式に基づいて可変タービン17を物理モデル化して得られた演算式で求められる目標サージ開口面積に対応する開度(サージ防止用開度)とすることで、コンプレッササージの発生防止を確実に行うものである。
すなわち、エンジン1の動作領域が、コンプレッササージが発生する領域にあるか否か、換言すれば、コンプレッサ18がサージ領域で運転されるような領域にあるか否かが判定される。
コンプレッサ18がサージ領域にあるか否かは、例えば、コンプレッサ18の吸入空気量とコンプレッサ18の圧力比の相関関係によって判定することができる。なお、上述のコンプレッサ18の吸入空気量は、エアフロセンサ21によって検出された吸入空気量である。
また、上述のコンプレッサ18の圧力比は、コンプレッサ18の前後の圧力比である。そして、コンプレッサ18の上流側の圧力は大気圧センサ(図示せず)の検出値を基に、コンプレッサ18の下流側の圧力は過給圧センサ22の検出値を基に、それぞれ推定値が算出されるものとなっている。
この場合、吸入空気量と圧力比の種々の組み合わせに対して、サージ領域が否かを読み出し可能に構成したマップを電子制御ユニット2の適宜な領域に記憶させてステップS100における判定に用いるようにすると好適である。
一方、ステップS100において、コンプレッサ18の動作領域はサージ領域にはないと判定された場合(NOの場合)には、この後の一連の処理を実行する必要はないため、一連の処理が終了され、一旦、図示されないメインルーチンへ戻ることとなる。なお、メインルーチンへ戻った後は、この一連の処理は、所定のタイミングで繰り返し実行されるものとなっている。
目標圧力比は、過給圧センサ22の検出値に対する可変タービン17の入口側の圧力の比であり、過給圧センサ22の検出値(検出圧力)をP1、可変タービン17の入口側の圧力をP2とすれば、P2/P1と表されるものである。
かかる目標圧力比は、具体的には、例えば、この時点の過給圧に応じて予め定められた固定値とする方法や、また、マップを用いて適宜な値を設定する方法などを採ることができる。
ここで、エンジン1の運転状況とは、例えば、暖気運転状態、DPF(Diesel Partiiculate Filter)再生モード等を意味する。
上述のような要素を考慮して、試験結果やシミュレーション結果に基づいて、上述の固定値やマップの設定値としての目標圧力比を定めるのが好適である。
ここで、目標タービン圧は、可変タービン17の上流側、すなわち、具体的には、排気管13において、連通路14との接続点よりも可変タービン17側における排気圧の目標値である。
かかる目標タービン圧は、過給圧センサ22により検出されたエンジン1の実吸気圧(実過給圧)に目標圧力比を乗ずることで求められる。
具体的には、ステップS120で算出された目標タービン圧が予め定められた制限圧力を越える場合には、その制限圧力を目標タービン圧とする一方、ステップS120で算出された目標タービン圧が制限圧力を越えない場合には、その目標タービン圧をそのまま用いるとする。
目標タービン開口面積は、可変タービン17の上流側の圧力を、先に算出された目標タービン圧(図2のステップS130)とするために可変タービン17を通過する排気の流れに対して設定されるべき開口面積である。
この目標タービン開口面積の算出は、可変タービン17を物理モデルに置き換えて、その物理モデルを数式化して得られた演算式によって算出される。
図3には、絞りの式に基づく可変タービン17の物理モデル化の概念を模式的に説明する模式図が示されており、以下、同図を参照しつつ物理モデルに基づく目標タービン開口面積の算出について説明する。
ここで、上流側圧力Pusは、可変タービン17の入口側の圧力であり、この実施例においては、先にステップS130の処理において得られた目標タービン圧力である。
また、排気流量mは、エアフロセンサ21の検出値を基に、燃料噴射量等の運転状況を加味して排気流量mを算出可能に設定された演算式を用いて算出されるものとなっている。
本発明の実施の形態において、上流側温度Tusは次述する推定値が用いられるようになっている。
排気再循環装置の動作制御の従来手法の一つとして、排気再循環系を物理モデル化して得られた演算式に基づいて、排気再循環装置の動作制御を行う方法がある。本発明の実施の形態においては、この排気再循環系をモデル化して得られた演算式を用いて上流側温度Tusが推定値として算出されるものとなっており、この推定値である上流側温度Tusが目標タービン開口面積Areffの算出に用いられる。
なお、上流側温度Tusは、必ずしも上述のような推定値に限定される必要はなく、勿論、センサ等により検出された実測値であっても良い。
この下流側圧力Pdsには、通常、内燃機関を用いた自動車両に設けられている大気圧センサ(図示せず)の検出値を用いるのが好適である。
なお、大気圧センサの検出値に代えて、排気管13部分の圧力分布状態を物理モデル化し、モデル化により得られた演算式により下流側圧力Pdsの推定値を算出し、その推定値を用いても好適である。
図3に示された回動部材52に相当する可変タービン17のタービンブレード(図示せず)は、先に述べたようにタービンアクチュエータ(図示せず)によって回動位置が可変されるようになっている。
まず、従来装置における車両減速時の過給圧の変化特性について、図5に示された特性線図を参照しつつ説明する。
図5(A)にはアクセル開度の変化を模式的に表したタイミングチャートが示されており、同図において時刻t1は上述の減速が行われた時点を表している。
このサージ信号は、コンプレッサーサージの発生可能性の有無を判定する所定のサージ発生判定処理の実行によりコンプレッサーサージ発生の可能性有りと判定された場合に、論理値Highに相当するレベルの信号が発生されるようになっているものである。
この目標過給圧は、コンプレッササージの発生の有無は何ら考慮されることなくアクセル開度の変化に基づいて定められるものである。
一方、実際の過給圧は、上述のように突然の減速が生じても、過給圧残りの影響があるため、直ちに低下することはなく、徐々に低下するものとなる(図5(B)の実線の特性線参照)。
このようなタービン開度の急激な変化は、コンプレッササージの発生を招く要因となるため、従来装置においては、サージ信号が発生している間、タービン開度を、予め算出されたサージ回避開度(図5(C)の一点鎖線の特性線参照)付近に維持し、サージ信号が消滅した際に、通常のタービン開度へ復帰するような動作制御が行われていた(図5(C)の実線の特性線参照)。
まず、車両があるアクセル開度で走行状態にある場合に、所要のタイミングでアクセルが開放されて減速が行われたとする。
図4(A)はアクセル開度の変化を模式的に表したタイミングチャートが示されており、同図において時刻t1は上述の減速が行われた時点を表している。
特に、目標タービン開口面積は、物理モデルに基づいた演算式によって算出されるため、その時々の車両の動作状態に応じた適切な目標タービン開口面積が求められ、コンプレッササージの発生を確実に防止しつつ適切な過給圧制御が行われる。
しかしながら、過給圧制御におけるあらゆる条件をマップにより網羅することは不可能である。さらに、マップにより網羅可能な範囲を広くするに従い、データ取得、データ設定等の作業に時間、労力を要し、装置価格の上昇を招くこととなる。
2…電子制御ユニット
16…過給装置
17…可変タービン
18…コンプレッサ
Claims (2)
- 内燃機関の排気路を流通する排気によりタービンを駆動して前記タービンに連結されたコンプレッサによって吸入路を流通する空気を前記内燃機関に過給する過給装置における過給圧制御方法であって、
前記内燃機関が、前記コンプレッサをサージ領域で動作せしめる動作領域にあると判定された場合に、
前記タービンを絞り式に基づいた物理モデルに置き換えて得られた演算式を用いて前記タービンにおけるコンプレッササージ防止のための目標タービン開口面積を算出し、
前記タービンの開口を前記目標タービン開口面積に対応した開度に設定して前記コンプレッサにおけるコンプレッササージの発生を防止可能とし、
前記目標タービン開口面積の算出に用いられる前記タービンの入力側におけるタービン圧には、
実過給圧に対する前記タービンの入力側の圧力の比であって、前記コンプレッササージの発生防止のための目標圧力比を、実過給圧に応じて設定し、当該目標圧力比と前記実過給圧とから算出された目標タービン圧が用いられることを特徴とする過給圧制御方法。 - 内燃機関の排気路を流通する排気によりタービンを駆動して前記タービンに連結されたコンプレッサによって吸入路を流通する空気を前記内燃機関に過給する過給装置による前記内燃機関へ対する過給圧を、電子制御ユニットにより制御可能に構成されてなる過給圧制御装置であって、
前記電子制御ユニットは、
前記内燃機関が、前記コンプレッサをサージ領域で動作せしめる動作領域にあると判定された場合に、
前記タービンを絞り式に基づいた物理モデルに置き換えて得られた演算式を用いて前記タービンにおけるコンプレッササージ防止のための目標タービン開口面積を算出し、
前記タービンの開口を前記目標タービン開口面積に対応した開度に設定可能に構成されると共に、
前記目標タービン開口面積の算出に用いられる前記タービンの入力側におけるタービン圧には、
実過給圧に対する前記タービンの入力側の圧力の比であって、前記コンプレッササージの発生防止のための目標圧力比を、実過給圧に応じて設定し、当該目標圧力比と前記実過給圧とから算出された目標タービン圧が用いられるよう構成されてなることを特徴とする過給圧制御装置。
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