JP2009299483A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のターボを有する内燃機関に関し、特に過給圧段差が発生すると推定される運転モードの切り替え時のトルク段差を抑制する装置に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine having a plurality of turbochargers, and more particularly to an apparatus for suppressing a torque step at the time of switching an operation mode in which a boost pressure step is estimated to occur.
複数のターボを有する内燃機関では、運転状態に応じて、複数のターボの使用状態が異なる複数の運転モードが設けられる。運転モードが切り替えられる際に、過給圧が一時的に低下する過給圧段差が発生しやすいことが知られている。過給圧低下時には、スモークの発生を抑えるため燃料噴射量も抑えられ、これによりエンジントルクが一時的に低下するトルク段差が発生するおそれがある。 In an internal combustion engine having a plurality of turbos, a plurality of operation modes having different use states of the plurality of turbos are provided according to the operation state. It is known that when the operation mode is switched, a supercharging pressure step where the supercharging pressure temporarily decreases is likely to occur. When the supercharging pressure is reduced, the fuel injection amount is also suppressed to suppress the generation of smoke, which may cause a torque step where the engine torque temporarily decreases.
特許文献1は、シングルターボモードからツインターボモードへ運転モードが切り替えられる際に、プライマリターボの回転数を上げて過給圧を一時的に上昇させて、上述の過給圧段差、及びトルク段差の発生を抑制する内燃機関を開示する。
しかしながら、特許文献1の内燃機関では、一時的な過給圧上昇に合わせて燃料噴射量が増加するため、エンジントルクが一時的に上昇するトルク段差が発生するおそれがある。
However, in the internal combustion engine of
したがって本発明の目的は、複数のターボを有する内燃機関において、過給圧段差が発生すると推定される運転モードの切り替え時に、トルク段差の発生を抑制する装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a device that suppresses the occurrence of a torque step when switching an operation mode in which it is estimated that a boost pressure step occurs in an internal combustion engine having a plurality of turbochargers.
本発明に係る内燃機関の制御装置は、複数のターボと、第1、第2運転制御を行う制御部とを備え、第1運転制御は、複数のターボの使用状態に応じた運転モードの切り替え時に過給圧が一時的に低下する過給圧段差が発生すると推定される場合に、過給圧段差が発生すると推定される期間を含む運転制御期間に、切り替え時に一時的にエンジントルクが低下する第1トルク段差及び一時的にエンジントルクが上昇する第2トルク段差が発生しない状態で、エンジントルクを推移させるための制御用過給圧以上に、過給圧を上昇させ、第2運転制御は、制御用過給圧に対応した噴射量で燃料噴射を行う。 The control device for an internal combustion engine according to the present invention includes a plurality of turbos and a control unit that performs first and second operation control, and the first operation control switches the operation mode according to the use state of the plurality of turbos. When it is estimated that a supercharging pressure step where the supercharging pressure temporarily decreases sometimes, the engine torque temporarily decreases at the time of switching in the operation control period including the period during which the supercharging pressure step is estimated to occur. In a state where the first torque step and the second torque step that temporarily increases the engine torque are not generated, the boost pressure is increased to be higher than the control boost pressure for changing the engine torque, and the second operation control is performed. Performs fuel injection with an injection amount corresponding to the supercharging pressure for control.
運転モード切り替え時における過給圧の一時的な低下を無くすために、運転制御期間に、過給圧を一時的に上昇させる第1運転制御が行われる。これにより、過給圧が一時的に低下する過給圧段差が発生する場合に比べて、スモークの発生を抑えつつエンジントルクの低下を抑制できるだけの燃料噴射量を確保することが可能になる。また、過給圧の一時的な低下に対応した第1トルク段差の発生を抑えることが可能になる。また、過給圧を一時的に上昇させる第1運転制御と並行して、燃料噴射量制御を行う第2運転制御が行われ、第1、第2運転制御が行われている間に、運転モードの切り替えが行われる。第1運転制御により第2過給圧曲線に沿って一時的に過給圧が高められるものの、制御用過給圧に対応する噴射量で燃料噴射が行われるため、第1トルク段差も、第2トルク段差も発生しない状態でエンジントルクを推移させることが可能になる。 In order to eliminate the temporary decrease in the supercharging pressure when the operation mode is switched, the first operation control for temporarily increasing the supercharging pressure is performed during the operation control period. As a result, it is possible to secure a fuel injection amount sufficient to suppress a decrease in engine torque while suppressing the generation of smoke, as compared with a case where a boost pressure step where the boost pressure temporarily decreases occurs. Further, it is possible to suppress the occurrence of the first torque step corresponding to the temporary decrease in the supercharging pressure. Further, in parallel with the first operation control for temporarily increasing the supercharging pressure, the second operation control for performing the fuel injection amount control is performed, and the operation is performed while the first and second operation controls are being performed. The mode is switched. Although the supercharging pressure is temporarily increased along the second supercharging pressure curve by the first operation control, the fuel injection is performed at the injection amount corresponding to the supercharging pressure for control. It is possible to shift the engine torque in a state where no two torque steps are generated.
好ましくは、制御部は、第1運転制御により過給圧が制御用過給圧よりも上昇したことを確認した後に、第2運転制御を開始する。 Preferably, the control unit starts the second operation control after confirming that the supercharging pressure is higher than the control supercharging pressure by the first operation control.
第1運転制御を行ったとしても過給圧が想定した通りに上昇せず、過給圧が一時的に低下する過給圧段差が発生してしまうことも起こりうることを想定したものである。 Even if the first operation control is performed, it is assumed that the supercharging pressure does not increase as expected, and a supercharging pressure step where the supercharging pressure temporarily decreases may occur. .
また、好ましくは、制御用過給圧は、運転制御期間が開始される時点までのアクセルの踏み込み度合い、及び過給圧の推移に基づいて算出される。 Preferably, the control supercharging pressure is calculated based on the degree of depression of the accelerator up to the time when the operation control period starts and the transition of the supercharging pressure.
具体的には、運転制御期間が開始される時点までのアクセルの踏み込み度合いに対応する要求トルクや、過給圧の推移、エンジントルクの推移などから、運転制御期間が開始される時点以降の過給圧段差が発生する場合の過給圧曲線(第1過給圧曲線)が算出される。また、運転制御期間に第1過給圧曲線以上に高い値で推移する過給圧を示す実過給圧曲線(第2実過給圧曲線)、及び運転制御期間に過給圧段差が発生しないで推移する制御用過給圧を示す制御用過給圧曲線(第3過給圧曲線)が算出される。 Specifically, the excess torque after the start of the operation control period is determined based on the required torque corresponding to the degree of accelerator depression until the start of the operation control period, the change in supercharging pressure, the change in engine torque, etc. A supercharging pressure curve (first supercharging pressure curve) when the pressure difference is generated is calculated. In addition, an actual supercharging pressure curve (second actual supercharging pressure curve) indicating a supercharging pressure that changes at a higher value than the first supercharging pressure curve during the operation control period, and a supercharging pressure step occurs during the operation control period. A control boost pressure curve (third boost pressure curve) indicating the control boost pressure that changes without being calculated is calculated.
また、好ましくは、複数のターボのうち運転モードが切り替えられる前の状態において使用されているターボのタービンに設けられた可変ベーンの開度を調整するか、アフター噴射とポスト噴射の少なくとも一方を行うことにより、第1運転制御が行われる。 Preferably, an opening degree of a variable vane provided in a turbo turbine used before the operation mode is switched among a plurality of turbos is adjusted, or at least one of after injection and post injection is performed. Thus, the first operation control is performed.
可変ベーンの開度を小さくすること、若しくは、アフター噴射などを行って排気エネルギーを大きくすることにより、過給圧を上昇させることが出来る。 The boost pressure can be increased by reducing the opening of the variable vane or increasing the exhaust energy by performing after injection or the like.
以上のように本発明によれば、複数のターボを有する内燃機関において、過給圧段差が発生すると推定される運転モードの切り替え時に、トルク段差の発生を抑制する装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, in an internal combustion engine having a plurality of turbochargers, it is possible to provide a device that suppresses the occurrence of a torque step when switching an operation mode in which a boost pressure step is estimated to occur.
以下、本発明の実施形態について、図1〜8を用いて説明する。内燃機関1は、低圧ターボ13、及び高圧ターボ14を備える。低圧ターボ13、高圧ターボ14は、直列に接続され、すなわち高圧ターボ14が排気経路において低圧ターボ13よりも上流に設置された、2ステージターボシステムを構成する(図1〜4参照)。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. The
低圧ターボ13は、低圧タービン13a、及び低圧コンプレッサ13bを有し、高圧ターボ14は、高圧タービン14a、及び高圧コンプレッサ14bを有する。高圧ターボ14は、タービン側が可変ベーンを有する可変ノズルターボであり、内燃機関1の運転状態に応じて可変ベーンの開度が調整される。
The
低圧コンプレッサ13bの入口側は、低圧コンプレッサ入口側吸気通路51と接続される。低圧コンプレッサ入口側吸気通路51には、エアクリーナ(不図示)、吸入空気量Gaを測定するために使用されるエアフローメータ6、及び吸入空気の温度TAを測定するために使用される温度センサ7が設けられる。低圧コンプレッサ13bの出口側は、低圧コンプレッサ出口側吸気通路52と接続される。高圧コンプレッサ14bの入口側は、低圧コンプレッサ出口側吸気通路52と接続される。高圧コンプレッサ14bの出口側は、エンジン本体30の吸気マニホールド61に連通する高圧コンプレッサ出口側吸気通路53と接続される。また、吸気マニホールド61には、過給圧Pimを測定するために使用される過給圧センサ8が設けられる。
The inlet side of the
また、低圧コンプレッサ出口側吸気通路52と、高圧タービン出口側吸気通路53とを連通し、高圧コンプレッサ14bをバイパスする高圧コンプレッサバイパス通路54が設けられる。高圧コンプレッサバイパス通路54には、吸気バイパスバルブ17が設けられる。吸気バイパスバルブ17が開弁状態である場合には、低圧コンプレッサ13bからの空気の多くは、高圧コンプレッサバイパス通路54を経由してエンジン本体30に流れ、一部が高圧コンプレッサ14bを経由してエンジン本体30に流れる。吸気バイパスバルブ17の開度に応じて、高圧コンプレッサ14bに流入する空気の量が調整される。高圧コンプレッサ出口側吸気通路53の、高圧コンプレッサバイパス通路54との接続点よりも下流には、インタークーラ(不図示)、及びスロットルバルブ(電子制御スロットル)25が設けられる。
Further, a high-pressure
高圧タービン14aの入口側は、エンジン本体30の排気マニホールド62に連通する高圧タービン入口側排気通路71と接続される。高圧タービン入口側排気通路71には、高圧タービン入口圧力P4を測定するために使用される高圧タービン入口圧力センサ9が設けられる。高圧タービン14aの出口側は、高圧タービン出口側排気通路72と接続される。低圧タービン13aの入口側は、高圧タービン出口側排気通路72と接続される。低圧タービン13aの出口側は、排気ガス浄化触媒(不図示)に連通する低圧タービン出口側排気通路73と接続される。
The inlet side of the
また、高圧タービン入口側排気通路71と、高圧タービン出口側排気通路72とを連通し、高圧タービン14aをバイパスする高圧タービンバイパス通路74が設けられ、高圧タービン出口側排気通路72と、低圧タービン出口側排気通路73とを連通し、低圧タービン13aをバイパスする低圧タービンバイパス通路75が設けられる。高圧タービンバイパス通路74の高圧タービン出口側排気通路72上の接続点は、低圧タービンバイパス通路75の高圧タービン出口側排気通路72上の接続点よりも上流に配置される。高圧タービンバイパス通路74には、排気制御バルブ31が設けられ、低圧タービンバイパス通路75には、排気バイパスバルブ32が設けられる。
In addition, a high pressure
排気制御バルブ31が開弁状態である場合には、エンジン本体30からの排気ガスの多くは、高圧タービンバイパス通路74を経由して高圧タービン出口側排気通路72に流れ、一部が高圧タービン14aを経由して高圧タービン出口側排気通路72に流れる。排気制御バルブ31の開度に応じて、高圧タービン14aに流入する排気ガスの量が調整される。排気バイパスバルブ32が開弁状態である場合には、高圧タービン出口側排気通路72からの排気ガスの多くは、低圧タービンバイパス通路75を経由して低圧タービン出口側排気通路73に流れ、一部が低圧タービン13aを経由して低圧タービン出口側排気通路73に流れる。排気バイパスバルブ32の開度に応じて、低圧タービン13aに流入する排気ガスの量が調整される。
When the
また、高圧タービン入口側排気通路71と、高圧コンプレッサ出口側吸気通路53とを連通し、エンジン本体30から排出された排気ガスの一部を吸気側に帰還するEGR通路76が設けられる。EGR通路76には、帰還排気ガスの量を調整するEGRバルブ39、及びEGR通路76を流れる排気ガスを冷却するEGRクーラ(不図示)が設けられる。EGRバルブ39の開度は、内燃機関1の運転状態に応じて調整される。
In addition, an EGR
制御部5は、CPU、制御プログラムを格納したROM、及び各種データを格納するRAM等を有し、各種センサからの信号が入力され、また、吸気バイパスバルブ17等に制御信号を出力して内燃機関1を含む車両の各部を制御する。また、制御部5には、大気圧センサ(不図示)が内蔵され、低圧コンプレッサ入口圧力P1を算出するために使用される。
The
内燃機関1の運転中、エンジン本体30の各シリンダーの燃焼室には、低圧コンプレッサ入口側吸気通路51などを介して、空気が吸入される(図1〜図4の点線矢印参照)。インジェクタから噴射された燃料は、吸入された空気と共に混合気を形成する。混合気の燃焼による爆発力に応じたピストンの往復運動により、クランクシャフト(不図示)が回転する。燃焼により発生した排気ガスは、高圧タービン入口側排気通路71などを介して排出される(図1〜図4の破線矢印参照)。但し、排気ガスの一部は、EGR通路76を介して吸気側に帰還する。
During operation of the
次に、エンジン回転数などから導き出される内燃機関1の運転状態に応じて設定された第1〜第4運転モードにおける各バルブの開閉状態について説明する。
Next, the opening / closing states of the valves in the first to fourth operation modes set according to the operation state of the
本実施形態における2ステージターボシステムでは、エンジン回転数などから導き出される内燃機関1の運転状態に応じた第1〜第4運転モードで、過給に使用するターボの使い分けが行われる。エンジン本体30からの排気流量が極めて少ない場合は、高圧ターボ14の回転数が極めて高い状態で、低圧ターボ13、及び高圧ターボ14によって過給が行われる(第1運転モード、図1参照)。この場合、高圧ターボ14が主ターボとなって過給が行われる。エンジン本体30からの排気流量が少ない場合は、高圧ターボ14の回転数が高い状態で、低圧ターボ13、及び高圧ターボ14によって過給が行われる(第2運転モード、図2参照)。この場合、高圧ターボ14の回転数は第1運転モードに比べて低く、低圧ターボ13が主ターボとなって過給が行われる。エンジン本体30からの排気流量が多い場合は、低圧ターボ13によって過給が行われる(第3運転モード、図3参照)。この場合、高圧ターボ14の回転数は第2運転モードに比べて低く、高圧ターボ14による過給は殆ど行われない。エンジン本体30からの排気流量が極めて多い場合は、一部の排気ガスが低圧ターボ13をバイパスした状態で、低圧ターボ13によって過給が行われる(第4運転モード、図4参照)。この場合も、高圧ターボ14の回転数は第3運転モードと同様に低く、高圧ターボ14による過給は殆ど行われない。図5は、全負荷性能グラフで第1〜第4運転モードとエンジン回転数とトルクの関係を示す。
In the two-stage turbo system in the present embodiment, the turbo used for supercharging is selectively used in the first to fourth operation modes corresponding to the operation state of the
第1運転モードで運転される場合は、吸気バイパスバルブ17、排気制御バルブ31、及び排気バイパスバルブ32は閉弁状態にされる(図1参照)。エアクリーナを介して吸入された空気は、低圧コンプレッサ入口側吸気通路51、低圧コンプレッサ13b、低圧コンプレッサ出口側吸気通路52、高圧コンプレッサ14b、高圧コンプレッサ出口側吸気通路53、及び吸気マニホールド61を介して、エンジン本体30に供給される(図1の太点線参照)。エンジン本体30からの排気ガスは、排気マニホールド62、高圧タービン入口側排気通路71、高圧タービン14a、高圧タービン出口側排気通路72、低圧タービン13a、及び低圧タービン出口側排気通路73を介して、排気ガス浄化触媒へ排出される(図1の太破線参照)。この場合、低圧コンプレッサ13bからの空気はバイパスせずに高圧コンプレッサ14bに流入し、エンジン本体30からの排気ガスはバイパスせずに高圧タービン14aに流入することにより、高圧コンプレッサ14bでは、第2運転モードに比べて高い高圧コンプレッサ側圧力比P3/Pcで過給が行われる。一方、排気流量が極めて少ないため、低圧タービン13aは高速回転しておらず、低圧コンプレッサ13bでは、第2運転モードに比べて低い低圧コンプレッサ側圧力比Pc/P1で過給が行われる。
When operating in the first operation mode, the
第2運転モードで運転される場合は、排気制御バルブ31は開弁状態にされ、吸気バイパスバルブ17と排気バイパスバルブ32は閉弁状態にされる(図2参照)。排気制御バルブ31の開度は、内燃機関1の運転状態に応じて調整される。エアクリーナを介して吸入された空気は、低圧コンプレッサ入口側吸気通路51、低圧コンプレッサ13b、低圧コンプレッサ出口側吸気通路52、高圧コンプレッサ14b、高圧コンプレッサ出口側吸気通路53、及び吸気マニホールド61を介して、エンジン本体30に供給される(図2の太点線参照)。エンジン本体30からの排気ガスは、排気マニホールド62、高圧タービン入口側排気通路71、高圧タービンバイパス通路74、高圧タービン出口側排気通路72、低圧タービン13a、及び低圧タービン出口側排気通路73を介して、排気ガス浄化触媒へ排出される(図2の太破線参照)。また、排気ガスの一部は、高圧タービン13aを通る経路で排出される(図2の細破線参照)。この場合、低圧コンプレッサ13bからの空気はバイパスせずに高圧コンプレッサ14bに流入し、エンジン本体30からの排気ガスの一部がバイパスせずに高圧タービン14aに流入することにより、高圧ターボ14による過給が行われる。但し、エンジン本体30からの排気ガスの多くが高圧タービン14aをバイパスするため、第1運転モードと比べて高圧ターボ14の回転数が低く、高圧コンプレッサ14bでは、第1運転モードと比べて低い高圧コンプレッサ側圧力比P3/Pcで過給が行われる。一方、第1運転モードに比べて多くの排気ガスが低圧タービン13aに流入するため、低圧コンプレッサ13bでは、第1運転モードに比べて高い低圧コンプレッサ側圧力比Pc/P1で過給が行われる。
When operating in the second operation mode, the
第3運転モードで運転される場合は、吸気バイパスバルブ17と排気制御バルブ31は開弁状態にされ、排気バイパスバルブ32は閉弁状態にされる(図3参照)。吸気バイパスバルブ17と排気制御バルブ31の開度は、内燃機関1の運転状態に応じて調整される。エアクリーナを介して吸入された空気は、低圧コンプレッサ入口側吸気通路51、低圧コンプレッサ13b、低圧コンプレッサ出口側吸気通路52、高圧コンプレッサバイパス通路54、高圧コンプレッサ出口側吸気通路53、及び吸気マニホールド61を介して、エンジン本体30に供給される(図3の太点線参照)。また、吸入空気の一部は、高圧コンプレッサ14bを通る経路でエンジン本体30に供給される(図3の細点線参照)。エンジン本体30からの排気ガスは、排気マニホールド62、高圧タービン入口側排気通路71、高圧タービンバイパス通路74、高圧タービン出口側排気通路72、低圧タービン13a、及び低圧タービン出口側排気通路73を介して、排気ガス浄化触媒へ排出される(図3の太破線参照)。また、排気ガスの一部は、高圧タービン13aを通る経路で排出される(図3の細破線参照)。この場合、排気ガスの多くが高圧タービン14aをバイパスし、低圧コンプレッサ13bからの空気の多くが高圧コンプレッサ14bをバイパスするため、高圧ターボ14による過給は殆ど行われない。一方、排気流量が多く、第2運転モードに比べて多くの排気ガスが低圧タービン13aに流入するため、低圧コンプレッサ13bでは、第2運転モードに比べて高い低圧コンプレッサ側圧力比Pc/P1で過給が行われる。
When operating in the third operation mode, the
第4運転モードで運転される場合は、吸気バイパスバルブ17、排気制御バルブ31、及び排気バイパスバルブ32は開弁状態にされる(図4参照)。吸気バイパスバルブ17、排気制御バルブ31、及び排気バイパスバルブ32の開度は、内燃機関1の運転状態に応じて調整される。エアクリーナを介して吸入された空気は、低圧コンプレッサ入口側吸気通路51、低圧コンプレッサ13b、低圧コンプレッサ出口側吸気通路52、高圧コンプレッサバイパス通路54、高圧コンプレッサ出口側吸気通路53、及び吸気マニホールド61を介して、エンジン本体30に供給される(図4の太点線参照)。また、吸入空気の一部は、高圧コンプレッサ14bを通る経路でエンジン本体30に供給される(図4の細点線参照)。エンジン本体30からの排気ガスは、排気マニホールド62、高圧タービン入口側排気通路71、高圧タービンバイパス通路74、高圧タービン出口側排気通路72、低圧タービンバイパス通路75、及び低圧タービン出口側排気通路73を介して、排気ガス浄化触媒へ排出される(図4の太破線参照)。また、排気ガスの一部は、高圧タービン13aを通る経路で排出される(図4の細破線参照)。また、排気ガスの一部は、低圧タービン13aを通る経路で排出される(図4の細破線参照)。この場合、排気ガスの多くが高圧タービン14aをバイパスし、低圧コンプレッサ13bからの空気の多くが高圧コンプレッサ14bをバイパスするため、高圧ターボ14による過給は殆ど行われない。一方、排気ガスの多くは低圧タービン13aをバイパスするものの、排気流量が極めて多く、第2運転モードに比べて多くの排気ガスが低圧タービン13aに流入するため、低圧コンプレッサ13bでは、第2運転モードに比べて高い低圧コンプレッサ側圧力比Pc/P1で過給が行われる。また、低圧コンプレッサ13bでは、第3運転モードに比べて、同等かそれ以上に高い低圧コンプレッサ側圧力比Pc/P1で過給が行われる。
When operating in the fourth operation mode, the
本実施形態では、第2運転モードから第3運転モードに切り替える時、制御部5の制御に基づいて、過給圧Pimを一時的に上昇させる第1運転制御と、第1運転制御下において、一時的な上昇や低下の無い状態でエンジントルクを推移させる第2運転制御とが行われる。具体的には、第1運転制御として、高圧タービン14aの可変ベーンの開度を小さくするか、または通常の燃料噴射(メイン噴射)に加えてアフター噴射またはポスト噴射を行って排気エネルギーを大きくすることによって、制御用過給圧曲線(図6の第3過給圧曲線参照)に沿った制御用過給圧以上に、過給圧Pimを一時的に上昇させる(図6の第2過給圧曲線参照)。なお、制御用過給圧曲線は、第3運転モードへの切り替え時に一時的にエンジントルクが低下する第1トルク段差及び一時的にエンジントルクが上昇する第2トルク段差が発生しない状態でエンジントルクを推移させるための制御用過給圧の推移を示すものである。また、第2運転制御として、制御用過給圧曲線に沿った制御用過給圧に対応した噴射量で燃料噴射が行われる。
In the present embodiment, when switching from the second operation mode to the third operation mode, under the first operation control for temporarily increasing the supercharging pressure Pim based on the control of the
第1運転制御は、第2運転モードから第3運転モードに切り替える直前であって、切り替えを行うと過給圧Pimが一時的に低下する過給圧段差が発生すると判断された第1時点t1(図5、図6、及び図7のステップS13参照)から行われる。第1時点t1までは、第2運転モードにおける通常の運転制御が行われる。第2運転モードから第3運転モードに切り替わる直前とは、内燃機関1の運転状態、すなわちエンジン回転数とエンジントルクとの関係が、第2運転モードに対応する運転領域にあって、且つ第3運転モードに対応する運転領域に切り替わる境界に近い一定の運転領域にある状態を言う(図5参照)。
The first operation control is immediately before switching from the second operation mode to the third operation mode, and the first time point t1 at which it is determined that a supercharging pressure step in which the supercharging pressure Pim decreases temporarily when switching is performed. (See step S13 in FIGS. 5, 6, and 7). Until the first time point t1, normal operation control in the second operation mode is performed. Immediately before switching from the second operation mode to the third operation mode is the operation state of the
第2運転制御は、第1運転制御が行われることにより過給圧Pimの第2過給圧曲線に沿った上昇が確認された第2時点t2から行われる。これは、第1運転制御を行ったが過給圧Pimが想定した通りに上昇せず、第2運転モードから第3運転モードに切り替えた時に過給圧段差が発生してしまうことも起こりうることを想定したものである。第1、第2運転制御は、第3運転モードへの切り替えが行われた第3時点t3の後であって、且つ第2過給圧曲線に沿った過給圧Pimと第3過給圧曲線に沿った制御用過給圧との過給圧差異が少なくなる第4時点t4まで行われ、その後は第3運転モードにおける通常の運転制御が行われる。 The second operation control is performed from the second time point t2 when the increase in the supercharging pressure Pim along the second supercharging pressure curve is confirmed by performing the first operation control. This is because, although the first operation control is performed, the supercharging pressure Pim does not increase as expected, and a supercharging pressure step may occur when switching from the second operation mode to the third operation mode. It is assumed. The first and second operation control is performed after the third time point t3 when the switching to the third operation mode is performed, and the supercharging pressure Pim and the third supercharging pressure along the second supercharging pressure curve. The operation is performed until the fourth time point t4 when the difference in supercharging pressure with the control supercharging pressure along the curve is reduced, and thereafter normal operation control in the third operation mode is performed.
第1、第2運転制御を行わない場合は、第2運転モードから第3運転モードに切り替える時、吸気バイパスバルブ17の開閉状態の変化によって、過給圧Pimが一時的に低下する過給圧段差が発生する(図6の第1過給圧曲線参照)ことがある。かかる過給圧段差を有する第1過給圧曲線に沿った過給圧Pimに対応した噴射量で燃料噴射が行われると、スモークの発生を抑えるために過給圧低下時に燃料噴射量も抑えられるため、エンジントルクが一時的に低下する第1トルク段差が発生する(図6の第1トルク曲線参照)。第1トルク段差によって大きな加速度変化が生じると運転者が違和感を覚えるおそれがある。
When the first and second operation controls are not performed, when the operation mode is switched from the second operation mode to the third operation mode, the supercharging pressure Pim temporarily decreases due to a change in the open / close state of the
これに対して本実施形態は、かかる過給圧Pimの一時的な低下を無くすために、過給圧段差が発生すると推定される期間を含む運転制御期間(第1時点t1〜第4時点t4)に、過給圧Pimを第2過給圧曲線に沿って一時的に上昇させる第1運転制御が行われる。これにより、過給圧段差が発生する場合に比べて、スモークの発生を抑えつつエンジントルクの低下を抑制出来るだけの燃料噴射量を確保することが可能になる。但し、第1運転制御を行った状態で、第2過給圧曲線に沿った過給圧Pimに対応した噴射量で燃料噴射が行われると、過給圧Pimの上昇時に燃料噴射量が増加するため、エンジントルクが一時的に上昇する第2トルク段差が発生する(図6の第2トルク曲線参照)。第1トルク段差と同様に、第2トルク段差によって大きな加速度変化が生じると運転者が違和感を覚えるおそれがある。 On the other hand, in the present embodiment, in order to eliminate such a temporary decrease in the supercharging pressure Pim, an operation control period (first time point t1 to fourth time point t4) including a period in which a supercharging pressure level difference is estimated to occur. ), The first operation control for temporarily increasing the supercharging pressure Pim along the second supercharging pressure curve is performed. As a result, it is possible to secure a fuel injection amount sufficient to suppress a decrease in engine torque while suppressing the generation of smoke as compared with a case where a boost pressure level difference occurs. However, if fuel injection is performed with the injection amount corresponding to the supercharging pressure Pim along the second supercharging pressure curve in the state where the first operation control is performed, the fuel injection amount increases when the supercharging pressure Pim increases. Therefore, a second torque step is generated in which the engine torque temporarily increases (see the second torque curve in FIG. 6). Similar to the first torque step, the driver may feel uncomfortable when a large acceleration change occurs due to the second torque step.
第2トルク段差を抑えるため、本実施形態では、過給圧Pimを一時的に上昇させる第1運転制御と並行して、第3過給圧曲線に沿った制御用過給圧に対応した噴射量で燃料噴射を行う第2運転制御が行われ、第1、第2運転制御が行われている間に、第2運転モードから第3運転モードへの切り替えが行われる。第1運転制御により第2過給圧曲線に沿って一時的に過給圧Pimが高められるものの、第3過給圧曲線に沿って一時的な上昇や低下のない制御用過給圧に対応した噴射量で燃料噴射が行われるため、第3運転モードに切り替えられても、第1トルク段差及び第2トルク段差が発生しない状態でエンジントルクを推移させることが可能になる。(図6の第3トルク曲線参照)。すなわち、第1運転制御により、過給圧Pimは、第2過給圧曲線に沿って推移し、第2運転制御により、エンジントルクは、第2過給圧曲線に対応した第3トルク曲線に沿って推移する。 In order to suppress the second torque step, in the present embodiment, the injection corresponding to the control supercharging pressure along the third supercharging pressure curve is performed in parallel with the first operation control for temporarily increasing the supercharging pressure Pim. The second operation control for injecting fuel in an amount is performed, and the switching from the second operation mode to the third operation mode is performed while the first and second operation controls are performed. Although the supercharging pressure Pim is temporarily increased along the second supercharging pressure curve by the first operation control, it corresponds to the control supercharging pressure without temporary increase or decrease along the third supercharging pressure curve. Since the fuel injection is performed with the injected amount, the engine torque can be changed in a state where the first torque step and the second torque step are not generated even when the third operation mode is switched. (See the third torque curve in FIG. 6). That is, the supercharging pressure Pim changes along the second supercharging pressure curve by the first operation control, and the engine torque changes to the third torque curve corresponding to the second supercharging pressure curve by the second operation control. It moves along.
なお、第2、第3過給圧曲線の形状、すなわち時間幅(第1時点t1〜第4時点t4までの長さ)や、第1時点t1〜第4時点t4の間における過給圧Pimや制御用過給圧の変化度合いは、第1時点t1までのアクセルの踏み込み度合い、過給圧Pimやエンジントルクの推移などから算出される(図7のステップS12参照)。具体的には、第1時点t1までのアクセルの踏み込み度合いに対応する要求トルクや、過給圧Pimの推移、エンジントルクの推移などから、第1時点t1以降の第1過給圧曲線が算出される。また、第1時点t1から第4時点t4の間は、第1過給圧曲線以上に高い値で推移する過給圧Pimを示す第2過給圧曲線(実過給圧曲線)、及び第1時点t1から第3時点t3の間は第1過給圧曲線に沿って推移し、第3時点t3以降は過給圧段差が発生しないで推移する制御用過給圧を示す第3過給圧曲線(制御用過給圧曲線)が算出される。第1時点t1から第4時点t4の間は、第1運転制御による実際の過給圧Pimは、第2運転制御のために使用される制御用過給圧以上の値を示す。 The shapes of the second and third boost pressure curves, that is, the time width (the length from the first time point t1 to the fourth time point t4), and the boost pressure Pim between the first time point t1 and the fourth time point t4. Further, the degree of change in the control supercharging pressure is calculated from the degree of depression of the accelerator up to the first time point t1, the transition of the supercharging pressure Pim, the engine torque, and the like (see step S12 in FIG. 7). Specifically, the first boost pressure curve after the first time point t1 is calculated from the required torque corresponding to the degree of depression of the accelerator up to the first time point t1, the transition of the boost pressure Pim, the transition of the engine torque, and the like. Is done. In addition, during the period from the first time point t1 to the fourth time point t4, the second boost pressure curve (actual boost pressure curve) indicating the boost pressure Pim that changes at a value higher than the first boost pressure curve, and the first boost pressure curve. The third supercharging that shows the control supercharging pressure that changes along the first supercharging pressure curve from the time point t1 to the third time point t3 and that changes without the supercharging pressure step after the third time point t3. A pressure curve (control supercharging pressure curve) is calculated. Between the first time point t1 and the fourth time point t4, the actual boost pressure Pim by the first operation control indicates a value equal to or higher than the control boost pressure used for the second operation control.
次に、第1、第2運転制御を行う手順について、図7のフローチャートを用いて説明する。ステップS11で、エンジン回転数やエンジントルクなどから、内燃機関1の運転状態が、第2運転モードから第3運転モードに切り替える直前の状態であるか否かが判断される。切り替える直前でない場合には、手順を終了する。切り替える直前である場合には、ステップS12に進められる。
Next, the procedure for performing the first and second operation control will be described with reference to the flowchart of FIG. In step S11, it is determined whether the operating state of the
ステップS12で、現時点(第1時点t1)における過給圧Pimなどに基づいて、低圧ターボ13、及び高圧ターボ14の運転状態として、コンプレッサ間圧力Pc、高圧コンプレッサ出口圧力P3などが算出される。高圧コンプレッサ出口圧力P3は、過給圧Pimとインタークーラの圧損などに基づいて算出される。コンプレッサ間圧力Pcは、低圧コンプレッサ13bと高圧コンプレッサ14bとの間の圧力であり、吸入空気量Ga、吸入空気の温度TA、低圧コンプレッサ入口圧力P1、高圧コンプレッサ出口圧力P3、高圧タービン入口圧力P4、燃料噴射量、エンジン回転数などを使ったモデル演算により算出される(図8参照)。
In step S12, the intercompressor pressure Pc, the high pressure compressor outlet pressure P3, and the like are calculated as the operating states of the
コンプレッサ間圧力Pcと低圧コンプレッサ入口圧力P1から求められる低圧コンプレッサ側圧力比Pc/P1、吸入空気量Ga、及び低圧ターボ13のコンプレッサマップに基づいて、低圧ターボ13の回転数が算出される。高圧コンプレッサ出口圧力P3とコンプレッサ間圧力Pcから求められる高圧コンプレッサ側圧力比P3/Pc、吸入空気量Ga、及び高圧ターボ14のコンプレッサマップに基づいて、高圧ターボ14の回転数が算出される。また、第1時点t1までのアクセルの踏み込み度合い、過給圧Pimやエンジントルクの推移などに基づいて、第2、第3過給圧曲線が算出される。第1時点t1における低圧ターボ13の回転数、高圧ターボ14の回転数、及びそれぞれのコンプレッサマップから、第2過給圧曲線に沿って過給圧Pimが推移するような、低圧ターボ13、及び高圧ターボ14の運転状態推移が算出され、かかる運転状態推移を実現させるための、可変ベーンの開度を小さくする度合い、及びアフター噴射などの噴射量や噴射時期などが算出される。また、第3過給圧曲線に沿った制御用過給圧の推移に対応したメイン噴射における噴射量が算出される。
The rotational speed of the low-
ステップS13で、コンプレッサ間圧力Pcと高圧コンプレッサ出口圧力P3との圧力差が第1閾値以上であるか否かが判断される。圧力差が第1閾値以上でない場合は、第2運転モードから第3運転モードに切り替えたとしても、過給圧段差が殆ど発生しないと推定されて、手順を終了する。圧力差が第1閾値以上である場合には、第2運転モードから第3運転モードに切り替えると、過給圧段差が発生し、これに伴って第1トルク段差が発生すると推定されて、ステップS14に進められる。 In step S13, it is determined whether or not the pressure difference between the compressor pressure Pc and the high-pressure compressor outlet pressure P3 is equal to or greater than a first threshold value. If the pressure difference is not greater than or equal to the first threshold, it is estimated that there is almost no supercharging pressure step even when the second operation mode is switched to the third operation mode, and the procedure ends. When the pressure difference is equal to or greater than the first threshold, it is estimated that when the second operation mode is switched to the third operation mode, a supercharging pressure step is generated, and accordingly, the first torque step is generated. The process proceeds to S14.
ステップS14で、高圧タービン14aの可変ベーンの開度を小さくすることにより過給圧Pimを第2過給圧曲線に沿って一時的に上昇させることが可能な状態であるか否かが判断される。排気制御バルブ31が全開状態にされている場合など、可変ベーン14aの開度を小さくしたとしても過給圧Pimを一時的に上昇させることが出来ない場合には、ステップS16に進められる。可変ベーン14aの開度を小さくすることにより過給圧Pimを一時的に上昇させることが可能である場合には、ステップS15で、第1運転制御として、過給圧Pimが第2過給圧曲線に沿って推移するように、可変ベーン14aの開度が調整される。
In step S14, it is determined whether the boost pressure Pim can be temporarily increased along the second boost pressure curve by reducing the opening of the variable vane of the
ステップS16で、メイン噴射と共にアフター噴射またはポスト噴射を行うことにより過給圧Pimを第2過給圧曲線に沿って一時的に上昇させることが可能な状態であるか否かが判断される。NOxの排出状況など、排気の制約により、アフター噴射などを行うことが出来ない場合は、手順を終了する。アフター噴射などを行うことにより過給圧Pimを一時的に上昇させることが可能である場合には、ステップS17で、第1運転制御として、過給圧Pimが第2過給圧曲線に沿って推移するように、アフター噴射などの噴射制御が行われる。 In step S16, it is determined whether or not it is possible to temporarily increase the supercharging pressure Pim along the second supercharging pressure curve by performing after injection or post injection together with the main injection. If after injection or the like cannot be performed due to exhaust restrictions such as the NO x emission status, the procedure ends. When the boost pressure Pim can be temporarily increased by performing after injection or the like, in step S17, as the first operation control, the boost pressure Pim follows the second boost pressure curve. Injection control such as after injection is performed so as to change.
ステップS18で、低圧ターボ13、及び高圧ターボ14の運転状態として、現時点(第2時点t2)における過給圧Pimが検出される。ステップS19で、第2時点t2における過給圧Pimが、第2過給圧曲線に沿った値であること、すなわち、第2時点t2における過給圧Pimと、第3過給圧曲線に沿った制御用過給圧との過給圧差異が発生しているか否かが判断される。第2時点t2における過給圧Pimが、第2過給圧曲線に沿った値でない場合には、ステップS15またはステップS17における第1運転制御によって、過給圧Pimを第2過給圧曲線に沿って一時的に上昇させることが出来ないとして、手順を終了する。第2時点t2における過給圧Pimが、第2過給圧曲線に沿った値である場合には、ステップS15またはステップS17における第1運転制御によって、実際に過給圧Pimを第2過給圧曲線に沿って一時的に上昇させること出来るとして、ステップS20に進められる。
In step S18, the supercharging pressure Pim at the present time (second time point t2) is detected as the operating state of the
ステップS20で、高圧タービン14aの可変ベーンの開度を小さくすることにより過給圧Pimを第2過給圧曲線に沿って一時的に上昇させることが可能な状態であるか否かが判断される。排気制御バルブ31が全開状態にされている場合など、可変ベーン14aの開度を小さくしたとしても過給圧Pimを一時的に上昇させることが出来ない場合には、ステップS22に進められる。可変ベーン14aの開度を小さくすることにより過給圧Pimを一時的に上昇させることが可能である場合には、ステップS21で、第1運転制御として、過給圧Pimが第2過給圧曲線に沿って推移するように、可変ベーン14aの開度が調整される。
In step S20, it is determined whether or not the boost pressure Pim can be temporarily increased along the second boost pressure curve by reducing the opening of the variable vane of the
ステップS22で、メイン噴射と共にアフター噴射またはポスト噴射を行うことにより過給圧Pimを第2過給圧曲線に沿って一時的に上昇させることが可能な状態であるか否かが判断される。NOxの排出状況など、排気の制約により、アフター噴射などを行うことが出来ない場合は、手順を終了する。アフター噴射などを行うことにより過給圧Pimを一時的に上昇させることが可能である場合には、ステップS23で、第1運転制御として、過給圧Pimが第2過給圧曲線に沿って推移するように、アフター噴射などの噴射制御が行われる。 In step S22, it is determined whether or not it is possible to temporarily increase the supercharging pressure Pim along the second supercharging pressure curve by performing after injection or post injection together with the main injection. If after injection or the like cannot be performed due to exhaust restrictions such as the NO x emission status, the procedure ends. If it is possible to temporarily increase the supercharging pressure Pim by performing after-injection or the like, in step S23, the supercharging pressure Pim follows the second supercharging pressure curve as the first operation control. Injection control such as after injection is performed so as to change.
ステップS24で、第2運転制御として、第3過給圧曲線に沿った制御用過給圧に対応する噴射量で燃料噴射(メイン噴射)制御が行われる。ステップS25で、低圧ターボ13、及び高圧ターボ14の運転状態として、現時点(第2時点t2から第4時点t4までの間における時点)における過給圧Pimが検出される。ステップS26で、第2運転モードから第3運転モードへの切り替えが完了し、且つ一時的な過給圧Pimの上昇が終了し、ステップS25で検出した過給圧Pimと、第3過給圧曲線に沿った制御用過給圧との過給圧差異が第2閾値以下になったか否かが判断される。両条件の少なくとも一方を満たさない場合は、ステップS20に戻り、ステップS20〜25が繰り返し行われる。両条件を満たす場合は、手順を終了する。第2運転モードから第3運転モードへの切り替えは、ステップS20〜25が繰り返される間に行われる。
In step S24, as the second operation control, fuel injection (main injection) control is performed with an injection amount corresponding to the control boost pressure along the third boost pressure curve. In step S25, the supercharging pressure Pim at the present time (the time between the second time t2 and the fourth time t4) is detected as the operating state of the
なお、本実施形態では、低圧ターボ13と高圧ターボ14とが直列に接続された内燃機関1におけるトルク段差を抑制する形態を説明したが、複数のターボが並列に接続された内燃機関において、各ターボの使用状態に応じた運転モードを切り替える際に発生するトルク段差を抑制する形態に用いても良い。
In the present embodiment, the mode of suppressing the torque step in the
1 内燃機関
5 制御部
6 エアフローメータ
7 温度センサ
8 過給圧センサ
9 高圧タービン入口圧力センサ
13 低圧ターボ
13a 低圧タービン
13b 低圧コンプレッサ
14 高圧ターボ
14a 高圧タービン
14b 高圧コンプレッサ
17 吸気バイパスバルブ
25 スロットルバルブ
30 エンジン本体
31 排気制御バルブ
32 排気バイパスバルブ
39 EGRバルブ
51 低圧コンプレッサ入口側吸気通路
52 低圧コンプレッサ出口側吸気通路
53 高圧コンプレッサ出口側吸気通路
54 高圧コンプレッサバイパス通路
61 吸気マニホールド
62 排気マニホールド
71 高圧タービン入口側排気通路
72 高圧タービン出口側排気通路
73 低圧タービン出口側排気通路
74 高圧タービンバイパス通路
75 低圧タービンバイパス通路
76 EGR通路
DESCRIPTION OF
Claims (4)
第1、第2運転制御を行う制御部とを備え、
前記第1運転制御は、前記複数のターボの使用状態に応じた運転モードの切り替え時に過給圧が一時的に低下する過給圧段差が発生すると推定される場合に、前記過給圧段差が発生すると推定される期間を含む運転制御期間に、前記切り替え時に一時的にエンジントルクが低下する第1トルク段差及び一時的にエンジントルクが上昇する第2トルク段差が発生しない状態で、エンジントルクを推移させるための制御用過給圧以上に、前記過給圧を上昇させ、
前記第2運転制御は、前記制御用過給圧に対応した噴射量で燃料噴射を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。 With multiple turbos,
A control unit that performs first and second operation control,
In the first operation control, when it is estimated that a supercharging pressure step is generated in which the supercharging pressure temporarily decreases when the operation mode is switched according to the use state of the plurality of turbo, the supercharging pressure step is In the operation control period including the period estimated to occur, the engine torque is reduced in a state where the first torque step where the engine torque temporarily decreases and the second torque step where the engine torque temporarily increases during the switching are not generated. Increase the supercharging pressure more than the control supercharging pressure for transition,
The control device for an internal combustion engine, wherein the second operation control performs fuel injection with an injection amount corresponding to the supercharging pressure for control.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008151562A JP2009299483A (en) | 2008-06-10 | 2008-06-10 | Control device for internal combustion engine |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012092789A (en) * | 2010-10-28 | 2012-05-17 | Isuzu Motors Ltd | Turbocharge system |
JP2014047777A (en) * | 2012-09-04 | 2014-03-17 | Hino Motors Ltd | State quantity estimating device of internal combustion engine |
-
2008
- 2008-06-10 JP JP2008151562A patent/JP2009299483A/en active Pending
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