JP4740240B2 - ターボチャージエンジンの排気圧を求める方法 - Google Patents

Description

本発明はターボチャージエンジンの排気圧を求める方法、およびこの種のエンジンを制御する方法に関する。

背圧を考慮に入れる目的でターボチャージエンジンを制御するにあたって、排気圧は重要なデータである。従来技術では、この圧力は排気マニホルド内に配置された圧力センサにより測定される。しかし、その位置からして、センサは高温に耐えることができねばならず、そのためにセンサの製造はより複雑になり、コストもより高くなる。本発明が解決しようとする問題は、排気マニホルド内のセンサを用いずに排気圧を求めることである。

本発明によれば、排気圧は、エンジン吸気流量、エンジン速度、および、排気ガスをバイパスするために使用されるソレノイドバルブ（一般にウェイストゲートと呼ばれる）の開度に依存して、所定の値の吸気流量とエンジン速度とウェイストゲート開度とに対する排気圧の値から構成された基準マップからの補間によって求められる。

つづいて、この補間により求められた排気圧は、後で示す数式にしたがって、排気圧測定時の周囲圧力とマップ作成時の周囲圧力とに応じて補正される。

したがって、本発明によれば、排気管内の圧力センサを省くことができ、圧力はテストベンチ上で形成された基準マップを使用してコンピュータにより行われる補間から求められる。

本発明の他の個々の特徴および利点は添付した図面に示されている実施例の詳細な説明から明らかとなる。

図１は、吸気流量値、エンジン速度値、および、ウェイストゲート制御値の関数として排気圧値を表すマップを図式的に示したものである。
図２は、図１に示されているマップを使用して排気圧を求めるプロセスと、それに続く補正とを図解した図表であり、周囲圧力の考慮はこの補正により可能になる。
図３は、補間によって求められた圧力値の補正に使用される補正係数の算出を図解した図式的表現である。
図４は、測定された排気圧と本発明にしたがって得られた排気圧を比較したグラフである。

本発明によれば、任意のタイプのエンジン（内燃機関）に対して基準マップが形成される。このマップはテストベンチ上のエンジンから作成される。マップは何回かの排気圧測定Ｐｃを行うことにより得られる。個々の排気測定は、所定の値の吸気流量Ａｃとエンジン速度Ｒｅとウェイストゲート開度Ｔｃとに対して行われる。開度は０〜１００％であり、ウェイストゲートの開き具体が大または小である位置を表す。

この例では、ウェイストゲート開度Ｔｃはウェイストゲート制御の値で表される。

図１に示されているマップでは、空気流量Ａｃはピストンの各行程につきｍｇで表されており、エンジン速度Ｒｅは毎分の回転数で表されており、ウェイストゲート制御値Ｔｃは制御のデューティサイクル（ウェイストゲートが１周期内で開位置にある時間と１周期の持続時間との比）のパーセンテージとして表されており、排気圧Ｐｃはｍｂａｒで表されている。

図１において、ｘ軸は吸気流量Ａｃを表しており、ｙ軸はエンジン速度Ｒｅを表しており、各層はウェイストゲート制御値Ｔｃを表しており、ｚ軸は排気圧Ｐｃを表している。
任意のタイプのエンジンを使用している間、排気圧Ｐｃは、実際のエンジン吸気流量Ａｒと、実際のエンジン速度Ｒｒと、実際のウェイストゲート制御値Ｔｒとに応じて、このタイプのエンジン向けに作成された基準マップからの補間により求められる。有利には、使用される補間は線形補間である。

もちろん、この補間が正しい値をもたらすことを保証するためには、マップを形成するのに必要な吸気流量Ａｃ、エンジン速度Ｒｅ、およびウェイストゲート制御値Ｔｃの数が十分でなければならない。例えば、ウェイストゲート制御Ｔｃであれば、信頼のできる線形補間を得るためには、３つまたは４つの値（したがって３つまたは４つの層）で十分である。

このように補間により求められた排気圧値Ｐｉはターボチャージエンジンの制御に使用される。

マップ作成時の周囲圧力Ｐｏとエンジン使用時の周囲圧力Ｐａの差を考慮に入れるために周囲圧力Ｐａｒをより正確に考慮するため、補間により求められた排気圧Ｐｉに補正を施してもよい。

例えば、排気圧Ｐｉは以下の式にしたがって補正することができる。

ここで、Ｋは補正係数であり、Ｐｒは補正された排気圧であり、Ｐｉは補間により求められた排気圧であり、Ｐｏはマップ作成時の周囲圧力であり、Ｐａは排気圧測定時の周囲圧力であり、Ｐｏ，ＰａおよびＫはｍｂａｒで表されている。

ある特定のタイプのエンジンに固有の補正係数Ｋは、テストベンチ上でさまざまな周囲圧力のもとでの測定値をキャリブレーションすることによって求められる。図３から分かるように、それぞれの大気圧に関して、実際の排気圧Ｐ（センサにより測定）と補間により求められた排気圧Ｐｉとの比は補間により求められた排気圧Ｐｉの関数として表現されている。この表現は直線であり、その傾きと原点における縦座標は測定の行われる大気圧に依存する。補正係数Ｋは、異なる大気圧のもとで実行されたさまざまなテストを表すさまざまな直線の交点である。

図３では、測定の行われる６つの大気圧は６００，７００，８００，９００，１０００，および１１００ｍｂａｒである。

図２は排気圧Ｐｒを求める方法を示している。この方法は、第１のステップにおいて、実際のエンジン吸気流量Ａｒと実際のエンジン速度Ｒｒと実際のウェイストゲート制御値Ｔｒとに応じて、予め決められた基準マップからの補正による排気圧Ｐｉを求め、第２のステップにおいて、補間された排気圧Ｐｉとマップ作成時の周囲圧力Ｐｏと実際の周囲圧力Ｐａとに応じて予め決められた補正係数Ｋから補正された排気圧Ｐｒを求める。

図４から分かるように、補正された排気圧Ｐｒの値は測定された排気圧値Ｐｍ（センサにより測定）と一致する。

計算による排気圧の決定の信頼性をさらに高めるために、他の補正を適用することも可能である。これらの他の補正係数は、吸入混合気の空燃比、点火遅角、および、噴射中断であってよい。

（ｘ軸に沿って）ｋｇ／ｈで表された吸気流量Ａｃと、（ｙ軸に沿って）デューティ比のパーセンテージとして表されたウェイストゲート制御Ｔｃと、エンジン速度の値を表す各層と、排気圧Ｐｉを表すｚ軸とを用いたマップを作成することも可能である。しかしながら、このような単位の使用は較正プロセスをより複雑にしてしまう。

また、ウェイストゲート制御がウェイストゲートの実際の位置をさらに忠実に表すようにするために、ウェイストゲートのドリフトと経年劣化が正しく考慮されるように適応補正によって値を低くした制御を適用することも可能である。そうすることによって、モデル化された排気圧のドリフトが防止される。したがって、制御の適応により定位置を維持することが可能になる。マップでは、この定位置は補正されていない制御によって表されている。

また、このウェイストゲートの制御の代わりに、ウェイストゲートの実際の位置を使用することも可能である。しかしながら、その場合には、この位置を求めるセンサが必要となる。

吸気流量値、エンジン速度値、および、ウェイストゲート制御値の関数として排気圧値を表すマップを図式的に示す。 図１に示されているマップを使用して排気圧を求めるプロセスと、それに続く補正とを示す。 補間によって求められた圧力値の補正に使用される補正係数の算出を示す。 測定された排気圧と本発明にしたがって得られた排気圧を比較したグラフである。

Claims (6)

1. ウェイストゲートを備えたターボチャージエンジンの排気圧（Ｐｒ）を求める方法において、実際のエンジン吸気流量（Ａｒ）と実際のエンジン速度（Ｒｒ）と実際のウェイストゲート開度（Ｔｒ）に応じて、所定の値の吸気流量（Ａｃ）とエンジン速度（Ｐｃ）とウェイストゲート開度（Ｔｃ）とに対する排気圧値（Ｐｃ）から構成された基準マップからの補間により排気圧（Ｐｉ）を求め、補間により求めた前記排気圧（Ｐｉ）を、下記の式にしたがって、排気圧測定時の周囲圧力（Ｐａ）とマップ作成時の周囲圧力（Ｐｏ）とに応じて補正し、
   

   

   ここで、Ｐｒは補正された排気圧であり、Ｐｉは補間により求められた排気圧であり、Ｐｏはマップ作成時の周囲圧力であり、Ｐａは排気圧測定時の周囲圧力であり、Ｋは作成したマップの対象であるタイプのエンジンに固有の補正係数であり、テストベンチ上で種々の周囲圧力のもとでの測定を較正することにより予め決められたものである、ことを特徴とするウェイストゲートを備えたターボチャージエンジンの排気圧を求める方法。
2. 使用される補間が線形補間である、請求項１記載の方法。
3. ウェイストゲート開度（Ｔｃ）をセンサにより測定したウェイストゲートの実際の位置によって表す、請求項１または２記載の方法。
4. ウェイストゲート開度（Ｔｃ）をウェイストゲート制御のデューティサイクルのパーセンテージによって表す、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
5. 前記ウェイストゲート制御は前記ウェイストゲートのドリフトと経年劣化を考慮して適応補正により前記デューティサイクルのパーセンテージを低くして適用される、請求項４記載の方法。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載されているように排気圧を求めることを特徴とする、ターボチャージエンジンを排気圧に応じて制御する方法。

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