(57)【要約】【課題】過渡運転時において、排気性能の向上と燃費性能の向上とを両立させることのできる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】吸気温センサ６０の信号から吸気温度thiaを算出する。吸気圧センサ６２の信号からスロットル前吸気圧P3を算出する。排気圧センサ５４の信号からターボ前排気圧P4を算出する。エアフローメータ５８の信号から新気量Gaを算出する。エンジン回転数と燃料噴射量Qとから、過渡目標ポンピングロスPLを算出する。過渡目標ポンピングロスPLから目標吸気圧Pimkを算出する。新気量Ga、目標吸気圧Pimk、吸気温度thia及びスロットル前吸気圧P3をノズル式に代入することにより、開口面積特性μAthを算出し、開口面積特性μAthに基づき目標スロットル開度dthbseを算出する。そして、目標スロットル開度dthbseに応じて、スロットル２４の開度をフィードフォワード制御する。【選択図】図２
2015206307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路におけるスロットルの上流側に設けられたコンプレッサと排気通路に設けられたタービンとを有するターボ過給機と、
内燃機関の運転状態に基づいて、前記コンプレッサの下流側且つ前記スロットルの上流側の吸気圧と前記タービンの上流側の排気圧との差圧の目標値である目標差圧を算出する目標差圧算出手段と、
前記タービンの上流側の排気圧を取得する排気圧取得手段と、
前記目標差圧と前記排気圧とに基づいて、前記吸気圧の目標値である目標吸気圧を算出する目標吸気圧算出手段と、
前記スロットルをモデル化したノズル式を用いて、前記目標吸気圧を実現するための前記スロットルの開口面積を算出し、当該開口面積に基づいて前記スロットルの目標開度を算出する目標開度算出手段と、
前記スロットルの開度を前記目標開度に制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開２０１０−２６５８０１号公報には、エンジンのスロットル制御に関する技術が開示されている。この公報に記載の技術によれば、要求トルクに基づいて目標ＥＧＲ量が算出され、これを用いて目標吸気圧が算出される。そして、所定の追従制御手法と非干渉制御手法を用いて、吸気圧をこの目標吸気圧に追従させるとともに吸気量に対して干渉しないように非干渉化補償値が算出される。これを要求トルクに基づいて算出されるスロットルの基本開度に加算することで目標スロットル開度が算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２６５８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃費性能を向上させるためには、ポンピングロスが最小限となるようにスロットルを制御することが望ましい。しかしながら、上記特許文献１の公報の技術は、ＥＧＲ量の最適化の観点から目標吸気圧を算出しスロットル制御を行うものであり、ポンピングロスに関しては何ら考慮されていない。このため、上記従来のスロットル制御は、過渡運転時のＥＧＲ量の最適化による排気性能の向上は見込めるが、燃費性能を向上させるための制御としては不十分であり、未だ改善の余地が残されている。
【０００５】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、過渡運転時において、排気性能の向上と燃費性能の向上とを両立させることのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置において、
吸気通路におけるスロットルの上流側に設けられたコンプレッサと排気通路に設けられたタービンとを有するターボ過給機と、
内燃機関の運転状態に基づいて、前記コンプレッサの下流側且つ前記スロットルの上流側の吸気圧と前記タービンの上流側の排気圧との差圧の目標値である目標差圧を算出する目標差圧算出手段と、
前記タービンの上流側の排気圧を取得する排気圧取得手段と、
前記目標差圧と前記排気圧とに基づいて、前記吸気圧の目標値である目標吸気圧を算出する目標吸気圧算出手段と、
前記スロットルをモデル化したノズル式を用いて、前記目標吸気圧を実現するための前記スロットルの開口面積を算出し、当該開口面積に基づいて前記スロットルの目標開度を算出する目標開度算出手段と、
前記スロットルの開度を前記目標開度に制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
第１の発明によれば、過渡運転時において目標差圧を実現するようにスロットルが制御されるので、排気性能の向上と燃費性能の向上とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態の制御装置が適用されるエンジンシステムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の制御装置により実行される吸気圧制御のためのルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態の制御装置が適用されるエンジンシステムの構成を示す図である。本実施の形態に係る内燃機関は、ターボ過給機付きのディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）である。エンジンの本体２には４つの気筒が直列に備えられ、気筒ごとにインジェクタ８が設けられている。エンジン本体２には吸気マニホールド４と排気マニホールド６が取り付けられている。吸気マニホールド４にはエアクリーナ２０から取り込まれた新気が流れる吸気通路１０が接続されている。吸気通路１０にはターボ過給機のコンプレッサ１４が取り付けられている。吸気通路１０においてコンプレッサ１４の下流にはスロットル２４が設けられている。吸気通路１０においてコンプレッサ１４とスロットル２４との間にはインタークーラ２２が備えられている。排気マニホールド６にはエンジン本体２から出た排気ガスを大気中に放出するための排気通路１２が接続されている。排気通路１２にはターボ過給機のタービン１６が取り付けられている。ターボ過給機は可変容量型であって、タービン１６には可変ノズル１８が備えられている。排気通路１２においてタービン１６の下流には排気ガスを浄化するための触媒装置２６が設けられている。
【００１１】
本実施の形態に係るエンジンは、排気系から吸気系へ排気ガスを再循環させるＥＧＲ装置を備えている。ＥＧＲ装置は、吸気通路１０におけるスロットル２４の下流の位置と排気マニホールド６とをＥＧＲ通路３０によって接続している。ＥＧＲ通路３０にはＥＧＲ弁３２が設けられている。ＥＧＲ通路３０においてＥＧＲ弁３２の排気側にはＥＧＲクーラ３４が備えられている。ＥＧＲ通路３０にはＥＧＲクーラ３４をバイパスするバイパス通路３６が設けられている。ＥＧＲ通路３０から分岐したバイパス通路３６が再びＥＧＲ通路３０に合流する箇所には、排気ガスが流れる方向を切り替えるバイパス弁３８が設けられている。
【００１２】
本実施の形態に係るエンジンシステムはＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備える。ＥＣＵ５０は、エンジンシステムの全体を総合制御する制御装置であって、本発明に係る制御装置はＥＣＵ５０の一つの機能として具現化されている。
【００１３】
ＥＣＵ５０は、エンジンシステムが備えるセンサの信号を取り込み処理する。センサはエンジンシステムの各所に取り付けられている。吸気通路１０には、エアクリーナ２０の下流に新気量Gaを検出するためのエアフローメータ５８が取り付けられている。また、吸気通路１０のコンプレッサ１４の下流側且つスロットル２４の上流側の位置にはスロットル２４の上流の圧力であるスロットル前吸気圧P3を検出するための吸気温センサ６０及びスロットル２４の上流の吸気温度thiaを検出するための吸気圧センサ６２が取り付けられ、スロットル２４の下流には過給圧Pimを検出するための過給圧センサ６４が取り付けられている。また、排気マニホールド６にはタービン１６の上流の圧力であるターボ前排気圧P4を検出するための排気圧センサ５４が取り付けられている。さらに、エンジンシステムには、クランク軸の回転を検出する回転数センサ５２や、アクセルペダルの開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ５６なども取り付けられている。ＥＣＵ５０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムにしたがって各アクチュエータを操作する。ＥＣＵ５０によって操作されるアクチュエータには、可変ノズル１８、インジェクタ８、ＥＧＲ弁３２、スロットル２４などが含まれている。なお、ＥＣＵ５０に接続されるアクチュエータやセンサは図中に示す以外にも多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。
【００１４】
ＥＣＵ５０により実行されるエンジン制御には吸気圧制御が含まれる。本実施の形態の吸気圧制御では、エンジンの運転状態に基づいて算出された目標吸気圧を実現するための目標スロットル開度が算出され、算出された目標吸気圧になるようにフィードフォワード制御によってスロットル２４が操作される。本発明の実施にあたっては、吸気圧制御におけるフィードフォワード制御の具体的な方法に関する限定はない。
【００１５】
本実施の形態で実行される吸気圧制御は目標吸気圧の決定方法に特徴を有している。すなわち、本実施の形態で実行される吸気圧制御は、過渡運転時において、コンプレッサ１４の下流且つスロットル２４の上流のスロットル前吸気圧P3とタービン１６の上流のターボ前排気圧P4との差圧で表される過渡時のポンピングロスを、目標値である過渡目標ポンピングロスPLに近似させるために、スロットル２４のスロットル開度を制御する方式が採用されている。ここで、過渡目標ポンピングロスPLとは、エンジンの運転条件に基づいて決定されるものであり、具体的には、インジェクタ８からの燃料噴射量Q及びエンジン回転数などから決定されるものである。また、本実施の形態では、定常状態において、排気性能を悪化させることのない範囲で燃費を最も向上させることのできる差圧が、運転条件ごとに試験あるいはシミュレーションによって測定され、その結果が過渡目標ポンピングロスPLと運転条件とを関連付けたマップに記録されている。
【００１６】
この過渡目標ポンピングロスPLを達成するスロットル開度を決定するために、ＥＣＵ５０には、スロットル２４をモデル化したノズル式が設定されている。このノズル式を解くことにより、スロットル２４の開口面積特性μAthが求められる。このノズル式は、次式（１）で表される。なお、次式（１）において、μは流量係数、Athは開口面積（m2）、Ｒは気体定数（J/K・Kg）、Pimkは目標吸気圧、そしてκは比熱比を示している。
【００１７】
【数１】
2015206307.tif 000003
【００１８】
上記式（１）で算出されたスロットル２４の開口面積特性μAthを次式（２）に代入することによりスロットル２４の目標スロットル開度dthbseが算出される。ここで、aは係数（適合値）であり、bは定数（適合値）である。
【００１９】
【数２】
2015206307.tif 000004
【００２０】
上式（２）によって算出された目標スロットル開度dthbseに基づいて、スロットル２４の開度が制御される。このようにノズル式に基づいてスロットル２４の開度制御を行うことにより、過渡運転時に変化する吸気温度thia、スロットル前吸気圧P3およびターボ前排気圧P4をスロットル２４の開度に反映させることができる。これにより、過渡運転状態においてもポンピングロスを過渡目標ポンピングロスに近似させることができるので、排気性能の向上と燃費性能の向上とを両立させることができる。
【００２１】
以下、ＥＣＵ５０で実行されるノズル式を用いた吸気圧制御について、図２を参照して説明する。図２は、本実施の形態でＥＣＵ５０により実行されるルーチンを示すフローチャートである。
【００２２】
図２に示すルーチンのステップＳ１では、回転数センサ５２の信号からエンジン回転数が計測される。ステップＳ２では、アクセル開度センサ５６の信号から得られたアクセル開度に応じて燃料噴射量Qが算出される。ステップＳ３では、現時点での吸気温センサ６０の信号からスロットル２４へ流れる吸気の吸気温度thiaが算出される。ステップＳ４では、現時点での吸気圧センサ６２の信号からスロットル２４の上流の圧力であるスロットル前吸気圧P3が算出される。ステップＳ５では、現時点での排気圧センサ５４の信号からタービン１６の上流の圧力であるターボ前排気圧P4が算出される。ステップＳ６では、現時点でのエアフローメータ５８の信号から吸気通路１０へ吸入される新気量Gaが算出される。以上のステップの処理は、後述するステップでの処理に必要なデータを得るための処理である。したがって、各ステップの順番は適宜変更することもできる。
【００２３】
次のステップＳ７では、エンジン回転数と燃料噴射量Qとから、過渡目標ポンピングロスPLが算出される。ここでは、過渡目標ポンピングロスPLと運転条件とを関連付けたマップが使用される。次のステップＳ８では、過渡目標ポンピングロスPLから目標吸気圧Pimkが算出される。目標吸気圧Pimkは、過渡目標ポンピングロスPLとターボ前排気圧P4とを用いた以下の関数で表すことができる。
Pimk＝P4−PL  ・・・（３）
【００２４】
次のステップＳ９では、新気量Ga、目標吸気圧Pimk、吸気温度thia及びスロットル前吸気圧P3を上式（１）に代入することにより、開口面積特性μAthが算出される。次のステップでは、算出された開口面積特性μAthを上式（２）に代入することにより、目標スロットル開度dthbseが算出される。そして、次のステップＳ１１では、目標スロットル開度dthbseに応じて、スロットル２４の開度がフィードフォワード制御されて、本ルーチンは終了される。
【００２５】
以上説明したルーチンに従って吸気圧制御を行うことにより、過渡運転時のポンピングロスが常に過渡目標ポンピングロスPLに制御されるので、過渡運転時の燃費性能の向上と排気性能の向上とを両立することができる。
【００２６】
ところで、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。
【００２７】
上述の実施の形態では、吸気圧センサ６２及び排気圧センサ５４の信号からスロットル前吸気圧P3及びターボ前排気圧P4を算出することとしているが、スロットル前吸気圧P3及びターボ前排気圧P4の算出方法はセンサにより直接検出する方法に限らず、他の公知の手法を用いて推定することとしてもよい。
【００２８】
なお、上述の実施の形態では、スロットル前吸気圧P3が上記第１の発明の「吸気圧」に、ターボ前排気圧P4が上記第１の発明の「排気圧」に、過渡目標ポンピングロスPLが上記第１の発明の「目標差圧」に、目標吸気圧Pimkが上記第１の発明の「目標吸気圧」に、目標スロットル開度dthbseが上記第１の発明の「目標開度」に、それぞれ相当している。また、上述の実施の形態では、ＥＣＵ５０が上記ステップＳ１、Ｓ２及びＳ７を実行することにより上記第１の発明の「目標差圧算出手段」が、ＥＣＵ５０が上記ステップＳ５を実行することにより上記第１の発明の「排気圧取得手段」が、ＥＣＵ５０が上記ステップＳ８を実行することにより上記第１の発明の「目標吸気圧算出手段」が、ＥＣＵ５０が上記ステップＳ９及びＳ１０を実行することにより上記第１の発明の「目標開度算出手段」が、ＥＣＵ５０が上記ステップＳ１１を実行することにより上記第１の発明の「制御手段」が、それぞれ実現されている。
【符号の説明】
【００２９】
２  エンジン本体
４  吸気マニホールド
６  排気マニホールド
８  インジェクタ
１０  吸気通路
１２  排気通路
１４  コンプレッサ
１６  タービン
２４  スロットル
５０  ＥＣＵ
５２  回転数センサ
５４  排気圧センサ
５６  アクセル開度センサ
５８  エアフローメータ
６０  吸気温センサ
６２  吸気圧センサ
６４  過給圧センサ
【図１】
2015206307.tif 000005
【図２】
2015206307.tif 000006