JP2009222007A - Engine supercharger device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気ターボ過給機と電動過給機とを備えたエンジンの過給装置に関するものである。 The present invention relates to an engine supercharger including an exhaust turbocharger and an electric supercharger.
排気通路内の排気ガスのエネルギないしは圧力を利用してエンジンを過給する排気ターボ過給機は従来知られている。かかる排気ターボ過給機は、一般に、排気通路に介設され排気ガスの圧力ないしは流動により回転駆動されるタービンと、吸気通路に介設されタービンにより回転駆動されて吸気圧力を高めるコンプレッサとを備えている(例えば、特許文献1参照)。そして、排気ターボ過給機は、エンジンの軸動力を消費しないので、燃費性を損なうことなくエンジン出力を高めることができるといった利点があり、とくにディーゼルエンジンに対して広く用いられている。 2. Description of the Related Art An exhaust turbocharger that supercharges an engine by using energy or pressure of exhaust gas in an exhaust passage is conventionally known. Such an exhaust turbocharger generally includes a turbine that is interposed in an exhaust passage and is rotationally driven by the pressure or flow of exhaust gas, and a compressor that is interposed in the intake passage and is rotationally driven by the turbine to increase the intake pressure. (For example, refer to Patent Document 1). And since the exhaust turbocharger does not consume engine shaft power, there is an advantage that the engine output can be increased without impairing fuel efficiency, and it is widely used especially for diesel engines.
また、エンジンの排気ガスには大気汚染物質であるNOx(窒素酸化物)が含まれているが、NOxの発生量は、燃焼室内おける燃料の燃焼温度が高いときほど多くなる。そこで、通常、エンジンには、主として低負荷・低回転領域で排気通路内の排気ガスの一部をEGRガスとして吸気通路に還流させ、このEGRガスにより燃焼室内における燃料の燃焼温度を低下させてNOxの発生量を低減するEGR装置が設けられている。
ところで、エンジンないしはこれを搭載した車両の加速時には、加速性を高めるために、燃焼室にできるだけ多くの新気(空気)ないしは酸素を供給することが必要となる。しかしながら、EGR装置を備えたエンジンにおいて、加速開始時に吸気通路にEGRガスが供給されていた場合は、新気の供給量を増やすためにEGRガスの供給を停止しても、加速開始時点では吸気通路内にEGRガスが残留している。このため、EGRガスが吸気通路ないし燃焼室を抜け出るのにある程度の期間、例えば7サイクル分の期間を必要とし、この期間内は新気ないしは酸素が不足し、エンジンないしはこれを搭載した車両の加速性が悪くなるといった問題がある。 By the way, when accelerating an engine or a vehicle equipped with the engine, it is necessary to supply as much fresh air (air) or oxygen as possible to the combustion chamber in order to enhance acceleration. However, in an engine equipped with an EGR device, if EGR gas is supplied to the intake passage at the start of acceleration, even if the supply of EGR gas is stopped to increase the supply amount of fresh air, EGR gas remains in the passage. For this reason, a certain period of time, for example, seven cycles, is required for the EGR gas to exit the intake passage or the combustion chamber. During this period, there is a shortage of fresh air or oxygen, and the acceleration of the engine or the vehicle on which the engine is mounted is accelerated. There is a problem that the sex becomes worse.
なお、エンジンがディーゼルエンジンである場合は、この期間内は新気ないしは酸素が不足して煤(スモーク)が発生するといった問題が生じる。そこで、従来のディーゼルエンジンでは、例えば、加速開始後においてEGRガスが抜け出るのに必要な期間は燃料供給量を抑制するなどして、煤の発生を防止ようにしているが、この場合エンジンないしは車両の加速性が一層悪くなるといった問題が生じる。 If the engine is a diesel engine, there is a problem that smoke or smoke is generated during this period due to lack of fresh air or oxygen. Therefore, in the conventional diesel engine, for example, the fuel supply amount is suppressed during a period necessary for the EGR gas to escape after the start of acceleration so as to prevent the generation of soot. There arises a problem that the acceleration performance is worsened.
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、加速時において排気通路に残留しているEGRガスを迅速に排出することができ、エンジンないしは車両の加速性を高めることを可能にする手段を提供することを解決すべき課題とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and can quickly discharge the EGR gas remaining in the exhaust passage during acceleration, thereby improving the acceleration performance of the engine or the vehicle. It is an object to be solved to provide means for enabling the above.
上記課題を解決するためになされた本発明に係るエンジンの過給装置は、吸気通路に配設された電動過給機と、排気ターボ過給機と、EGR装置と、EGR制御手段と、電動過給機制御手段とを備えている。ここで、EGR装置は、排気ターボ過給機のコンプレッサより上流側の吸気通路と排気ターボ過給機のタービンより下流側の排気通路とを接続し排気通路内の排気ガスの一部を(EGRガスとして)吸気通路に還流させるEGR通路と、該EGR通路に配設されたEGR弁とを有している。EGR制御手段は、EGR弁を介しての排気ガスの還流量を、エンジンの運転状態に応じて制御する。電動過給機制御手段は、加速時に電動過給機を作動させるとともに、エンジンの運転状態がEGR領域に入っているときには非EGR領域に入っているときに比べて、電動過給機の作動回転数を高くする。 An engine supercharging device according to the present invention made to solve the above-described problems includes an electric supercharger disposed in an intake passage, an exhaust turbocharger, an EGR device, an EGR control means, an electric motor And a supercharger control means. Here, the EGR device connects an intake passage upstream of the compressor of the exhaust turbocharger and an exhaust passage downstream of the turbine of the exhaust turbocharger, and removes a part of the exhaust gas in the exhaust passage (EGR It has an EGR passage for returning to the intake passage (as gas) and an EGR valve disposed in the EGR passage. The EGR control means controls the exhaust gas recirculation amount via the EGR valve in accordance with the operating state of the engine. The electric supercharger control means operates the electric supercharger at the time of acceleration, and when the operating state of the engine is in the EGR region, the operation speed of the electric supercharger is larger than that in the non-EGR region. Increase the number.
本発明に係るエンジンの過給装置においては、EGR弁及び電動過給機は、少なくともアクセル開度に基づいて設定される吸気モデルに基づいて制御されるようになっているのが好ましい。ここで、吸気モデルは、実際のエンジンの吸気状態と同一の吸気状態が得られるように、実際のエンジンの吸気状態について影響を与える実際の機器の特性と同一の特性を有するように設定された仮想機器を複数種組み合わせて構成され、予め設定された入力パラメータに基づいて、実際のエンジンの吸気状態が目標吸気状態となるように上記仮想機器に対する制御値を決定するよう構成されているのが好ましい。 In the engine supercharging device according to the present invention, the EGR valve and the electric supercharger are preferably controlled based on an intake model set based on at least the accelerator opening. Here, the intake model was set to have the same characteristics as the characteristics of the actual equipment that affects the intake state of the actual engine so that the same intake state as the actual engine intake state can be obtained. It is configured by combining a plurality of types of virtual devices, and is configured to determine control values for the virtual devices based on preset input parameters so that the actual engine intake state becomes the target intake state. preferable.
本発明に係るエンジンの過給装置においては、電動過給機制御手段は、加速時にエンジンの運転状態がEGR領域に入っているときには非EGR領域に入っているときに比べて、電動過給機の予回転の回転数を高くするよう構成されているのが好ましい。 In the engine supercharging device according to the present invention, the electric supercharger control means includes the electric supercharger when the engine operating state is in the EGR region at the time of acceleration compared to when the engine is in the non-EGR region. It is preferable that the number of pre-rotations is increased.
本発明に係るエンジンの過給装置によれば、加速時にエンジンの運転状態がEGR領域に入っているときには、電動過給機が高い回転数で作動させられるので、吸気通路内に残留しているEGRガスが迅速に排気通路に排出され、新気の供給量が迅速に増加する。このため、エンジンないしはこれを搭載している車両の加速性が高められ、エンジンがディーゼルエンジンである場合は煤の発生が抑制又は防止される。他方、加速時にエンジンの運転状態が非EGR領域に入っているとき、すなわち吸気通路にEGRガスが残留していないときないしは残留量が少ないときには、電動過給機が低い回転数で作動させられるので、不必要な電力消費を防止することができる。 According to the supercharger for an engine according to the present invention, when the operating state of the engine is in the EGR region at the time of acceleration, the electric supercharger is operated at a high rotational speed, and therefore remains in the intake passage. EGR gas is quickly discharged into the exhaust passage, and the supply amount of fresh air increases rapidly. For this reason, the acceleration performance of the engine or a vehicle equipped with the engine is enhanced, and when the engine is a diesel engine, the generation of soot is suppressed or prevented. On the other hand, when the engine operating state is in a non-EGR region during acceleration, that is, when EGR gas does not remain in the intake passage or when the remaining amount is small, the electric supercharger is operated at a low rotational speed. Unnecessary power consumption can be prevented.
また、加速時にエンジンの運転状態がEGR領域に入っているときには、電動過給機が高い回転数で作動させられるので、吸気通路内の圧力上昇により、燃焼室に供給される新気及びEGRガスの供給量はいずれも増加するが、EGRガス中には酸素が残存しているので、このEGRガス中の酸素も燃料の燃焼に寄与する。このため、加速時における燃焼室への酸素の供給量を迅速に高めることができ、これによってもエンジンないしは車両の加速性を高めることができ、エンジンがディーゼルエンジンである場合は煤の発生を抑制又は防止することができる。 Further, when the engine operating state is in the EGR region at the time of acceleration, the electric supercharger is operated at a high speed, so that the fresh air and EGR gas supplied to the combustion chamber due to the pressure increase in the intake passage However, since oxygen remains in the EGR gas, oxygen in the EGR gas also contributes to fuel combustion. For this reason, the amount of oxygen supplied to the combustion chamber during acceleration can be quickly increased, which can also improve the acceleration performance of the engine or vehicle, and suppresses generation of soot when the engine is a diesel engine. Or it can be prevented.
本発明に係るエンジンの過給装置において、EGR弁及び電動過給機が吸気モデルに基づいて制御されるようになっている場合は、加速時におけるエンジンの運転状態の移行先を予測することができ、EGR弁及び電動過給機を移行先での運転状態に適した制御状態に事前に切り換えることができる。このため、エンジンないしは車両の加速性をより高めることができ、エンジンがディーゼルエンジンである場合は煤の発生をより有効に抑制又は防止することができる。 In the engine supercharging device according to the present invention, when the EGR valve and the electric supercharger are controlled based on the intake air model, it is possible to predict the destination of the engine operating state during acceleration. The EGR valve and the electric supercharger can be switched in advance to a control state suitable for the operation state at the transition destination. For this reason, the acceleration performance of the engine or the vehicle can be further increased, and when the engine is a diesel engine, the generation of soot can be more effectively suppressed or prevented.
本発明に係るエンジンの過給装置において、加速時にエンジン運転状態がEGR領域に入っているときに非EGR領域に入っているときに比べて電動過給機の予回転の回転数を高くするようになっている場合は、電動過給機の予回転の回転数の補正により消費電力の増加を抑制しつつ、エンジンないしは車両の加速性をより高めることができ、エンジンがディーゼルエンジンである場合は煤の発生をより有効に抑制又は防止することができる。 In the engine supercharging device according to the present invention, when the engine operating state is in the EGR region at the time of acceleration, the rotational speed of the pre-rotation of the electric supercharger is made higher than that in the non-EGR region. If the engine is a diesel engine, it is possible to further increase the acceleration of the engine or vehicle while suppressing the increase in power consumption by correcting the pre-rotation speed of the electric supercharger. Generation | occurrence | production of soot can be suppressed or prevented more effectively.
(実施の形態1)
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施の形態1を具体的に説明する。図1は、本発明に実施の形態1に係る過給装置を備えた直噴式のディーゼルエンジンDE(以下、略して「エンジンDE」という。)のシステム構成を示している。なお、エンジンDEは多気筒(例えば、4気筒、6気筒…)エンジンであるが、図1では1つの気筒のみを示し、他の気筒の図示は省略している。
(Embodiment 1)
図1に示すように、エンジンDEにおいては、吸気弁1が開かれたときに、吸気ポート2から燃焼室3内に燃料燃焼用の空気が吸入される(以下、この空気を「吸入空気」という。)。この燃焼室3内の吸入空気は、ピストン4によって断熱圧縮されて高圧状態となり、かつ、通常は燃料の着火温度より高温となる。そして、圧縮行程上死点付近で、燃料噴射弁5から燃焼室3内に燃料(軽油等)が噴射され、この燃料は自己着火して燃焼する。燃焼により生じたガスすなわち排気ガスは、排気弁6が開かれたときに排気ポート7に排出される。なお、図示していないが、燃料は、燃料タンクからコモンレールを介して高圧で燃料噴射弁5に供給される。
As shown in FIG. 1, in the engine DE, when the
これらの一連の動作が繰り返され、ピストン4はシリンダ8内でシリンダ軸方向に往復運動を繰り返す。このピストン4の往復運動は、コネクチングロッド9、クランクアーム(図示せず)、クランクピン(図示せず)等を備えたリンク機構により、クランクシャフト10の回転運動(トルク)に変換される。クランクシャフト10の回転運動は、エンジン出力として取り出され、図示していないが、エンジンDEを搭載している車両を駆動するとともに、オルタネータやエアコンなどの補機を駆動する。エンジンDEは、始動時にはエンジンスタータ11によって駆動(クランキング)される。なお、図示していないが、クランクシャフト10の駆動力は、変速機、ファイナルギヤ等を介して駆動輪に伝達される。
A series of these operations is repeated, and the
エンジンDEにおいて、吸気弁1は、吸気弁開閉カム機構12によって所定のタイミングで開閉される。そして、吸気弁開閉カム機構12に対して、電磁式の吸気弁カム制御装置13(VVT:可変バルブタイミング制御装置)が設けられている。この吸気弁カム制御装置13は、コントロールユニットCからの制御信号に従って、吸気弁開閉カム機構12を介して、吸気弁1の開閉タイミングを進角させ又は遅角させることができる。
In the engine DE, the
他方、排気弁6は、排気弁開閉カム機構14によって所定のタイミングで開閉される。そして、排気弁開閉カム機構14に対して、電磁式の排気弁カム制御装置15(VVT)が設けられている。この排気弁カム制御装置15は、コントロールユニットCからの制御信号に従って、排気弁開閉カム機構14を介して、排気弁6の開閉タイミングを進角させ又は遅角させることができる。
On the other hand, the
エンジンDEの各気筒の燃焼室3に吸入空気を供給する吸気系(吸気システム)には、全気筒に共通な単一の共通吸気通路16が設けられている。共通吸気通路16の先端(上流端)は大気に開放され、その先端部近傍には、吸入空気の流れ方向にみて上流側から順に、吸入空気中のダスト等を除去するエアクリーナ(図示せず)と、吸入空気の流量を検出するエアフローセンサ17(図3参照)とが設けられている。
An intake system (intake system) that supplies intake air to the
さらに、共通吸気通路16には、吸入空気の流れ方向にみて上流側から順に、コントロールユニットCによって弁開度(すなわち、共通吸気通路16の流路断面積)が制御される電磁式の吸気制御弁18と、排気ターボ過給機19のコンプレッサ19aと、空冷式のインタークーラ20とが設けられている。ここで、コンプレッサ19a(排気ターボ過給機19)は、吸入空気を加圧・圧縮してエンジンDEを過給する。また、インタークーラ20は、コンプレッサ19aの加圧・圧縮(ほぼ断熱圧縮)により温度が上昇した吸入空気を冷却する。
Further, in the
共通吸気通路16は、インタークーラ20の下流側で第1分岐吸気通路16aと第2分岐吸気通路16bとに分岐し、分岐部よりやや下流で両分岐吸気通路16a、16bは集合して再び単一の共通吸気通路16となっている。そして、第1分岐吸気通路16aには電動過給機21が設けられている。この電動過給機21は、第1分岐吸気通路16a内に配設されたコンプレッサ21aと、バッテリ(図示せず)又はオルタネータ(図示せず)から電力が供給されコンプレッサ21aを回転駆動するモータ21b(電動機)とを有している。他方、第2分岐吸気通路16bには、該第2分岐吸気通路16bを開閉する逆止弁22が設けられている。ここで、逆止弁22は、電動過給機21(コンプレッサ21a)が駆動されているときには第2分岐吸気通路16bを閉じ、電動過給機21が停止しているときには第2分岐吸気通路16bを開く。
The
電動過給機21は、後で説明するように、主として、加速時における排気ターボ過給機19の動作遅れすなわちターボラグを補ってエンジンDEないしはこれを搭載している車両の加速性を高め、かつ、加速時に吸気系内に残留しているEGRガスを迅速に排気通路に排出し、新気の供給量を迅速に増加させてエンジンDEないしは車両のさらに加速性を高めるとともに煤(スモーク)の発生を抑制又は防止するために設けられている。
As will be described later, the
第1分岐吸気通路16aと第2分岐吸気通路16bとの集合部より下流側において、共通吸気通路16の下流端は、吸入空気の脈動を減衰させてその流れを安定させるサージタンク23に接続されている。サージタンク23には、各気筒の燃焼室3に個別に吸入空気を供給する複数の独立吸気通路24が接続され、これらの独立吸気通路24の下流端は、それぞれ対応する気筒の吸気ポート2に接続されている。なお、サージタンク23には、吸入空気の圧力を検出する吸気圧センサ25が設けられている。
The downstream end of the
また、エンジンDEには、各燃焼室3から排出された排気ガスを大気中に排出する排気系(排気システム)が設けられ、この排気系には、各気筒に共通な単一の共通排気通路26が設けられている。ただし、排気ガスの流れ方向にみて、上流端近傍部(排気マニホールド)では、排気系は気筒毎に分岐して、対応する気筒の排気ポート7に接続されている。そして、共通排気通路26には、排気ガスによって駆動される排気ターボ過給機19のタービン19bが設けられている。
Further, the engine DE is provided with an exhaust system (exhaust system) that exhausts exhaust gas discharged from each
排気ターボ過給機19は、多数の可動ベーン27によりタービン19bへの排気ガスの通路断面積を変化させることができる可変容量機構を備えた可変容量式過給機(VGT)である。これらの可動ベーン27の角度ないし向きは、可動ベーンアクチュエータ28によって制御される。そして、コントロールユニットCは、可動ベーンアクチュエータ28と可動ベーン27とを介して、排気ガスの通路断面積を変化させ、タービン19b(排気ターボ過給機19)の回転数すなわちブロワ19aの回転数、ひいては過給圧を制御する。なお、排気ターボ過給機19の可変容量機構の具体的な構造及び機能は、後で説明する(図2参照)。
The
排気ガスの流れ方向にみてタービン19bの下流側において、共通排気通路26には、排気ガスを浄化する排気ガス浄化触媒30と、煤(パティキュレート)を捕集するパティキュレートフィルタ31(DPF)とを備えた排気ガス浄化装置32が設けられている。なお、排気ガス浄化触媒30は、HC及びCOを酸化して浄化する酸化触媒(例えば、白金、ロジウム、パラジウム等からなる触媒)と、NOxを還元して浄化する還元触媒(白金、バリウム等からなる触媒)とが、例えばゼオライト等からなるサポート材に担持されたものである。また、パティキュレートフィルタ31に捕集された煤は、適宜に、例えばパティキュレートフィルタ31の前後の差圧が設定値を超えたときに、排気ガス浄化触媒31が高温化する運転状態とすることにより、例えば膨張行程で燃料噴射を行うことにより、燃焼させられて除去される。
An exhaust
排気ガスの流れ方向にみて、排気ガス浄化装置32(排気ガス浄化触媒30)より上流側の部位と、排気ガス浄化装置32(パティキュレートフィルタ31)より下流側の部位とには、それぞれ、排気ガスの圧力を検出する第1排気圧センサ33と第2排気圧センサ34とが設けられている。さらに、共通排気通路26には、パティキュレートフィルタ31ないしは第2排気圧センサ34より下流側に、該共通排気通路26を開閉する排気開閉弁35が設けられている。なお、排気開閉弁35の弁開度(すなわち、共通排気通路26の通路断面積)は、コントロールユニットCによって制御される。
Exhaust gas purifying device 32 (exhaust gas purifying catalyst 30) upstream and exhaust gas purifying device 32 (particulate filter 31) downstream from exhaust gas purifying device 32 (exhaust gas purifying catalyst 30), respectively. A first
また、エンジンDEには、燃料の燃焼に起因するNOxの発生量を低減することを主な目的として、共通排気通路26のタービン上流の比較的高圧の排気ガスの一部を、EGRガスとして吸気系に還流させる高圧EGR装置36が設けられている。この高圧EGR装置36には、EGRガス流路となる高圧EGR通路37が設けられている。ここで、EGRガスの流れ方向にみて高圧EGR通路37の上流端は、排気ガスの流れ方向にみてタービン19bより上流側の部位で共通排気通路26に接続されている。他方、EGRガスの流れ方向にみて高圧EGR通路37の下流端はサージタンク23に接続されている。そして、高圧EGR通路37には、EGRガスの流れ方向にみて上流側から順に、高温(例えば、600〜800℃)のEGRガスを冷却する水冷式の高圧EGRクーラ38と、EGRガスの供給量ないしは流量を制御する高圧EGR弁39とが設けられている。
Further, the engine DE mainly takes a part of the relatively high-pressure exhaust gas upstream of the turbine in the
さらに、エンジンDEには、燃料の燃焼に起因するNOxの発生量を低減することを主な目的として、共通排気通路26のパティキュレートフィルタ31下流の比較的低圧かつ低温の排気ガスの一部を、EGRガスとして吸気系に還流させる低圧EGR装置41が設けられている。この低圧EGR装置41には、EGRガスの流路となる低圧EGR通路42が設けられている。ここで、EGRガスの流れ方向にみて低圧EGR通路42の上流端は、パティキュレートフィルタ31と排気開閉弁35との間の部位で共通排気通路26に接続されている。他方、EGRガスの流れ方向にみて低圧EGR通路42の下流端は、吸気制御弁18とコンプレッサ19aとの間の部位で共通吸気通路16に接続されている。そして、低圧EGR通路42には、EGRガスの流れ方向にみて上流側から順に、EGRガスを冷却する空冷式の低圧EGRクーラ43と、EGRガスの供給量ないしは流量を制御する低圧EGR弁44とが設けられている。
Further, the engine DE mainly receives a part of the relatively low-pressure and low-temperature exhaust gas downstream of the
次に、図2を参照しつつ、可変容量式過給機(VGT)である排気ターボ過給機19の可変容量機構の具体的な構造及び機能を説明する。図2は、排気ターボ過給機19のタービン19bの断面図である。図2に示すように、タービン19bは、タービン室52を有し、このタービン室52内には、矢印Dで示す方向に排気ガスが流入する。タービン室52内において、排気ガスが流入する側、すなわち排気入口側には、タービン翼53を取り囲むように複数の可動ベーン27が配置されている。これらの可動ベーン27は、それぞれ、軸55の回りに回動可能であり、これらの可動ベーン27はその回動により角度ないし向きが変化するようになっている。
Next, a specific structure and function of the variable capacity mechanism of the
ここで、図2中に実線で示されているように、可動ベーン27を、互いに近接するように、すなわち可動ベーン27がタービン翼53の円周方向により近い向きで延びるようにすれば、各可動ベーン27間に形成されるノズル54の開度(以下「ベーンノズル開度」という。)が小さくなる。とくに、エンジン回転数が低いときにベーンノズル開度を小さくすると、排気ガスの流速が高くなり、さらに排気ガスの流れがタービン19bの接線方向(円周方向)に向くので、過給効率が高くなる。ただし、この場合、エンジンDEの排圧(排気ガスの圧力)は上昇する。
Here, as shown by a solid line in FIG. 2, if the
また、図2中に仮想線(二点鎖線)で示されているように、可動ベーン27を、互いに離反するように、すなわち可動ベーン27がタービン翼53の半径方向により近い向きで延びるようにすれば、ベーンノズル開度が大きくなる。とくに、エンジン回転数が高いときに開度を大きくすると、排気ガスの流量をより大きくすることができるので、過給効率が高くなる。コントロールユニットCは、これらの可動ベーン27の角度ないし向きすなわちベーンノズル開度を、可動ベーンアクチュエータ28を介して、全閉から全開まで制御するようになっている。
Further, as indicated by phantom lines (two-dot chain lines) in FIG. 2, the
以下、エンジンDEの制御システムを説明する。
図3に示すように、エンジンDEには、その運転状態に関する各種情報を収集するために種々のセンサが設けられている。すなわち、前記のエアフローセンサ17、吸気圧センサ25、第1排気圧センサ33及び第2排気圧センサ34のほかに、さらに、クランクシャフト10の回転数(エンジン回転数)を検出するエンジン回転数センサ56、クランク角を検出するクランク角センサ57、エンジンDEの冷却水温度(エンジン水温)を検出するエンジン水温センサ58、アクセルペダルの開度(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサ59及び吸入空気の温度を検出する吸気温センサ60が設けられている。これらの各センサの検出信号は、エンジンDE等の制御情報としてコントロールユニットCに入力される。
Hereinafter, the control system of the engine DE will be described.
As shown in FIG. 3, the engine DE is provided with various sensors for collecting various types of information regarding the operating state. That is, in addition to the
コントロールユニットCは、課題を解決するための手段の欄に記載された「EGR制御手段」及び「電動過給機制御手段」を含むエンジンDEないしはその付属機器の総合的な制御手段である。詳しくは図示していないが、コントロールユニットCは、制御信号の入出力を行う入出力部(インターフェース)、データや制御情報等を記憶する記憶部(ROM、RAM等)、各種演算処理を行う中央処理装置(CPU)、タイマ、カウンタ等を備えたコンピュータである。 The control unit C is a comprehensive control means for the engine DE or its accessory devices including the “EGR control means” and the “electric supercharger control means” described in the section for solving the problems. Although not shown in detail, the control unit C includes an input / output unit (interface) that inputs and outputs control signals, a storage unit (ROM, RAM, and the like) that stores data and control information, and a central unit that performs various arithmetic processes. A computer including a processing unit (CPU), a timer, a counter, and the like.
図4は、コントロールユニットC内に構成された制御系を示すものであり、実際のエンジンDEに対応して実際のエンジンDEと同一の特性となるように設定された同定モデルDMが設定されている。すなわち、同定モデルDMは、エンジンDEの吸気状態すなわち燃焼室3に供給される直前の吸入空気の状態を目標吸気状態とするために必要な各種機器の実際の制御値を決定するためのものであり、このために、吸気状態に影響を与える実際の各種機器と同一の特性とされた複数の仮想機器が設定されている。
FIG. 4 shows a control system configured in the control unit C, and an identification model DM set to have the same characteristics as the actual engine DE corresponding to the actual engine DE is set. Yes. That is, the identification model DM is used to determine actual control values of various devices necessary for setting the intake state of the engine DE, that is, the state of intake air immediately before being supplied to the
図4中では、これらの仮想機器として、実際の各機器の参照番号に「x」を付加して示している。具体的には、仮想機器として、エアフローセンサ17に対応する仮想エアフローセンサ17x、吸気制御弁18に対応する仮想吸気制御弁18x、排気ターボ過給機19の可動ベーンアクチュエータ28に対応する仮想アクチュエータ28x、吸気温センサ60に対応する仮想吸気温センサ60x(仮想インタークーラ20x)、電勤過給機21のモータ21bに対応する仮想モータ21bx、吸気圧センサ25に対応する仮想吸気圧センサ25x、エンジンDEに対応する仮想エンジンDEx(燃焼モデル)、第1、第2排気圧センサ33、34に対応する仮想排気圧センサ33x、34x(パティキュレートフィルタ31に相当)、高圧EGR弁39に対応する仮想高圧EGR弁39x及び低圧EGR弁44に対応する仮想低圧EGR弁44xが設定されている。
In FIG. 4, “x” is added to the reference numbers of the actual devices as these virtual devices. Specifically, as virtual devices, a
図4に示す同定モデルDMにおいて決定される制御値は、仮想機器18xでの吸気制御弁開度、仮想機器28xでの可動ベーン27の開度、仮想機器21bxでの電動過給機回転数(又は駆動電流)、仮想機器39xでの高圧EGR弁開度及び仮想機器44xでの低圧EGR弁開度である。これらの決定された制御値は、対応する実際の機器に出力されることになる。これらの制御量を決定するためのパラメータとして、アクセル開度センサ59で検出されたアクセル開度と、エンジン回転数センサ56で検出されたエンジン回転数とが基本的に用いられる。このほか、仮想機器17xで得られる吸入空気量、仮想機器60x(20x)で得られるインタークーラ出口における吸気温度、仮想機器25xで得られる吸気圧力、仮想機器DExで得られる燃焼状態、仮想機器33x、34xで得られる排気圧力が、上記パラメータに加えて用いられる。
The control values determined in the identification model DM shown in FIG. 4 are the intake control valve opening degree in the
図4から明らかなように、同定モデルDMは、吸気が共通吸気通路16の入口から流入し、燃料の燃焼により排気ガスとなるまでの一連の流れが、実際のエンジンDEの場合と同様となるように構成され、実際のエンジンDEの特性と同一の特性を有するものとなっている。このような同定モデルDMは、図1に示す系統でもってエンジンDEを実際に運転して、このときに得られた実際のデータに基づいて、例えば「マトラボ」という形式でもって作成されている。
As is apparent from FIG. 4, in the identification model DM, a series of flows until the intake air flows from the inlet of the
同定モデルDMにおいて、目標吸気状態として、目標酸素濃度(あるいは目標充填量)が与えられたとき、この目標酸素濃度(あるいは目標充填量)とするのに必要な各種制御値を決定して、この決定された各制御値が、対応する実際の機器に出力されることになる。すなわち、吸気制御弁18の開度、可動ベーン27の開度、電動過給機21の回転数(又は駆動電流)、両EGR弁39、44の開度が、同定モデルDMによるシミュレーションにより決定され、対応する実際の機器に対してこの制御値が出力されることになる。同定モデルDMは、実際にエンジンDEを運転して得られたデータに基づいて制御値を決定するように作成されているので、決定された制御値を実際の機器類に出力することにより、目標酸素濃度(目標充填量)に精度よく収束されることになる。
In the identification model DM, when a target oxygen concentration (or target filling amount) is given as the target inspiratory state, various control values necessary to obtain this target oxygen concentration (or target filling amount) are determined, and this Each determined control value is output to the corresponding actual device. That is, the opening degree of the
かくして、コントロールユニットCは、前記各センサによって検出された各種データに基づいて、燃料噴射弁5、吸気弁カム制御装置13、排気弁カム制御装置15、吸気制御弁18、電動過給機21、逆止弁22、可動ベーンアクチュエータ28、排気開閉弁35、高圧EGR弁39、低圧EGR弁44等を制御ないしは駆動することにより、燃料噴射制御、EGR制御、過給圧制御、パティキュレートフィルタ31の再生制御等の普通のエンジン制御を行うようになっている。
Thus, the control unit C, based on the various data detected by each sensor, the
さらに、コントロールユニットCは、エンジンDEないしはこれを搭載している車両の加速時に、加速性を高め、あるいは煤の生成を防止又は抑制するための電動過給機29及び低圧EGR弁44の制御(以下「電動過給機制御」という。)を行うようになっている。しかしながら、普通のエンジン制御については、その制御手法は当業者にはよく知られており、またこのような普通のエンジン制御は本発明の要旨とするところでもないので、その説明を省略する。なお、図4に示す同定モデルは、本発明の実施の形態2に係る電動過給機制御で用いられ、実施の形態1における電動過給機制御では用いられない。
Further, the control unit C controls the
以下、図5に示すフローチャートに従って、コントロールユニットCによって実行される、実施の形態1に係る電動過給機制御の制御手順を具体的に説明する。図5に示すように、この電動過給機制御においては、制御が開始されると(スタート)、まずステップS1で、各センサ17、25、33、34、56〜60によって検出された物性値ないしは検出値に対応する各種信号が読み込まれる。
Hereinafter, the control procedure of the electric supercharger control according to the first embodiment, which is executed by the control unit C, will be specifically described with reference to the flowchart shown in FIG. As shown in FIG. 5, in the electric supercharger control, when the control is started (start), first, in step S1, the physical property values detected by the
次に、ステップS2で、アクセル開度ないしはその増加速度に基づいて、エンジンDEないしは車両が加速状態にあるか否かが判定される。一般に、アクセルペダルが踏み込まれてエンジンDEが加速を開始したときには、アクセルペダルの踏み込み動作に対して、排気ターボ過給機19のタービン19b及びコンプレッサ19aの動作遅れに起因する過給遅れすなわちターボラグが生じる。このため、吸入空気の圧力の上昇(過給)の遅れにより吸入空気が不足し、エンジンDEを迅速に加速することができなくなる。そこで、このエンジンDEでは、エンジンDEが加速状態であるときは、電動過給機21を駆動して吸入空気の圧力の上昇(過給)を助勢し、過給遅れの発生を防止ないしは抑制するようにしている。
Next, in step S2, it is determined whether the engine DE or the vehicle is in an accelerating state based on the accelerator opening or the increasing speed. In general, when the accelerator pedal is depressed and the engine DE starts accelerating, the turbocharger delay, that is, the turbo lag caused by the operation delay of the
ステップS2でエンジンDEが加速状態であると判定された場合は(YES)、ステップS3で、加速フラグFが1であるか否かが判定される。この加速フラグFは、エンジンDEないしは車両の加速が開始されたときに、後で説明するステップS7で1がセットされ、該加速が終了したときに、後で説明するステップS11で0にリセットされるフラグである。 If it is determined in step S2 that the engine DE is in an accelerated state (YES), it is determined whether or not the acceleration flag F is 1 in step S3. The acceleration flag F is set to 1 in step S7, which will be described later, when the engine DE or the acceleration of the vehicle is started, and is reset to 0 in step S11, which will be described later, when the acceleration is completed. Flag.
ステップS3で加速フラグFが1でない(すなわち0である)と判定された場合(NO)、すなわち今回から加速が開始された場合は、ステップS4でエンジンDEの運転状態が吸気系にEGRガスを供給すべき領域(以下「EGRゾーン」という。)に入っているか否かが判定される。このステップS4におけるエンジンDEの運転状態は、エンジン回転数とエンジン負荷(燃料噴射量又はアクセル開度)とをパラメータとしてあらわされる。なお、ステップS3で加速フラグFが1であると判定された場合(YES)、すなわち前回以前にすでに加速が開始されている場合は、ステップS3〜S7をスキップして、後で説明するステップS8が実行される。 When it is determined in step S3 that the acceleration flag F is not 1 (that is, 0) (NO), that is, when acceleration is started from this time, the operation state of the engine DE is changed to EGR gas in the intake system in step S4. It is determined whether or not it is in an area to be supplied (hereinafter referred to as “EGR zone”). The operating state of the engine DE in step S4 is expressed by using the engine speed and the engine load (fuel injection amount or accelerator opening) as parameters. If it is determined in step S3 that the acceleration flag F is 1 (YES), that is, if acceleration has already started before the previous time, steps S3 to S7 are skipped and step S8 described later is performed. Is executed.
図7に示すように、このエンジンDEでは、おおむね低回転・低負荷領域である領域1(EGRリッチゾーン)と、該領域1より高負荷側又は高回転側の領域2(EGRパーシャルゾーン)とでEGRガスを吸気系に供給するようにしている。そして、領域1ではさほど大きなエンジン出力は必要とされないので、吸気系へのEGRガスの供給量を多くしてNOx発生量を可及的に低減するようにしている。また、領域2では、ある程度大きなエンジン出力が必要とされるので、吸気系へのEGRガスの供給量を少なくして、エンジン出力とNOxの低減とを両立させるようにしている。なお領域1及び領域2以外の領域、すなわちおおむね高負荷領域又は高回転領域である領域3(EGRレスゾーン)では、エンジン出力を可及的に高めるために、吸気系へのEGRガスの供給を停止してできるだけ多くの新気を燃焼室3に供給するようにしている。
As shown in FIG. 7, in this engine DE, a region 1 (EGR rich zone), which is generally a low rotation / low load region, and a region 2 (EGR partial zone) on the higher load side or higher rotation side than the
ステップS4でエンジンDEの運転状態がEGRゾーン(すなわち、図7中の領域1又は領域2)に入っていると判定された場合は(YES)、ステップS5で電動過給機21が駆動され、比較的高い回転数N1(例えば、3000rpm)で、予め設定された期間だけ予回転させられる。なお、電動過給機21の駆動と同時に又はやや遅れて逆止弁22が閉じられる。
If it is determined in step S4 that the operating state of the engine DE is in the EGR zone (that is,
他方、ステップS4でエンジンDEの運転状態がEGRゾーンに入っていないと判定された場合は(NO)、ステップS6で電動過給機21が駆動され、比較的低い回転数N2(例えば、1500rpm)で予め設定された期間だけ予回転させられる。なお、電動過給機21の駆動と同時に又はやや遅れて逆止弁22が閉じられる。
On the other hand, when it is determined in step S4 that the operating state of the engine DE is not in the EGR zone (NO), the
このように、ステップS5又はステップS6で、エンジンDEの運転状態がEGRゾーンに入っているか否かによって電動過給機21の予回転の回転数を切り替えるのは、以下のような理由による。すなわち、エンジンDEないしは車両の加速時には、加速性を高めるために、燃焼室にできるだけ多くの新気ないしは酸素を供給することが必要とされる。しかしながら、加速開始前あるいは加速開始時に吸気系にEGRガスが供給されている場合は、加速時に新気の供給量を増やすためにEGRガスの供給を停止しても、吸気系内にEGRガスが残留している。そこで、この場合は、ステップS5で電動過給機21の予回転の回転数を高くして、吸気系に残留しているEGRガスを迅速に排気系に排出し、燃焼室に迅速に新気ないしは酸素を供給し、加速性を高めるようにしている。
As described above, the pre-rotation speed of the
他方、加速開始前あるいは加速開始時に吸気系にEGRガスが供給されていない場合は、吸気系内にEGRガスはほとんど残留していないので、電動過給機21の予回転の回転数をとくに高くする必要はなく、ターボラグを補うのに必要な回転数で回転させるだけでよい。そこで、この場合は、ステップS6で電動過給機21を比較的低い回転数N2、すなわち通常の回転数で回転させるようにしている。
On the other hand, when EGR gas is not supplied to the intake system before or at the start of acceleration, almost no EGR gas remains in the intake system, so that the number of pre-rotations of the
このように、加速が開始され電動過給機21が駆動された後、ステップS7で加速フラグFに1がセットされる。続いて、ステップS8で、電動過給機21の回転数が目標回転数(目標値)に達したか否かが判定される。この目標回転数は、例えば電動過給機21の通常の作動回転数(例えば、50000rpm)に設定される。なお、今回から加速が開始された場合は、電動過給機21の回転数はN1又はN2であり、目標回転数に達していないことは明らかである。
Thus, after acceleration is started and the
ステップS8で、電動過給機21の回転数が目標回転数に達していないと判定された場合は(NO)、ステップS10で、電動過給機21の回転数が目標回転数に向かって所定の上昇速度で上昇(漸増)させられる。この後、ステップS1に復帰する(リターン)。他方、ステップS8で電動過給機21の回転数が目標回転数に達していると判定された場合は(YES)、ステップS9で、電動過給機21の回転数が目標回転数に保持される。この後、ステップS1に復帰する(リターン)。
If it is determined in step S8 that the rotational speed of the
ところで、前記のステップS2でエンジンDEないしは車両が加速状態でないと判定された場合は(NO)、ステップS11で加速フラグFが0にリセットされる。続いて、ステップS12で、電動過給機21の作動が停止させられ、これと同時に又はやや前に逆止弁22が開かれる。この後、ステップS1に復帰する(リターン)。
If it is determined in step S2 that the engine DE or the vehicle is not in an accelerated state (NO), the acceleration flag F is reset to 0 in step S11. Subsequently, in step S12, the operation of the
なお、この電動過給機制御では、エンジンDEの運転状態が、EGRゾーンに入っているか、いないかにかかわらず、目標回転数を一定としている。しかしながら、エンジンDEの運転状態がEGRゾーンに入っている場合の目標回転数を、EGRゾーンに入っていない場合の目標回転数より高くしてもよい。この場合は、エンジンDEの運転状態がEGRゾーンに入っているか、いないかにかかわらず、予回転の回転数を一定にしてもよい。なお、これらは、後で説明する実施の形態2についても同様である。 In this electric supercharger control, the target rotational speed is constant regardless of whether the operating state of the engine DE is in the EGR zone or not. However, the target rotational speed when the operating state of the engine DE is in the EGR zone may be higher than the target rotational speed when the engine DE is not in the EGR zone. In this case, the number of pre-rotations may be constant regardless of whether the operating state of the engine DE is in the EGR zone or not. These are the same for the second embodiment which will be described later.
かくして、本発明の実施の形態1に係るエンジンDEの過給装置ないしは電動過給機制御によれば、加速時にエンジンDEの運転状態がEGRゾーンに入っているときには、電動過給機21が高い回転数で予回転させられるので、吸気系内に残留しているEGRガスが迅速に排気系に排出され、新気の供給量が迅速に増加する。このため、エンジンDEないしは車両の加速性が高められ、煤の発生が抑制又は防止される。また、加速時にエンジンDEの運転状態がEGRゾーンに入っていないとき、すなわち吸気系にEGRガスが残留していないときには、電動過給機21が低い回転数で予回転させられるので、不必要な電力消費を防止することができる。
Thus, according to the supercharger or electric supercharger control of the engine DE according to
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2を説明する。しかしながら、実施の形態2におけるエンジンDEの機械的な構成及び機能は実施の形態1と同一であり、実施の形態2は、実施の形態1とはコントロールユニットCによる電動過給機制御の制御手法が異なるだけである。そこで、説明の重複を避けるため、以下では、実施の形態2に係る電動過給機制御の制御手法のみを説明する。なお、実施の形態1に係る電動過給機制御では、エンジンDEの実際の運転状態に基づいて電動過給機21が制御されるが、実施の形態2では、吸気モデルないしは同定モデルによって予測されるエンジンDEの運転状態に基づいて、すなわちエンジンDEの運転状態を事前に予測して電動過給機21が制御される。また、実施の形態2に係る電動過給機制御では、加速前のエンジンDEの運転状態は低負荷・低回転領域、すなわち図7中の領域1(EGRリッチゾーン)に入っている場合を想定している。
(Embodiment 2)
The second embodiment of the present invention will be described below. However, the mechanical configuration and functions of the engine DE in the second embodiment are the same as those in the first embodiment. In the second embodiment, the control method of the electric supercharger control by the control unit C is different from the first embodiment. Is only different. Therefore, in order to avoid duplication of explanation, only the control method of the electric supercharger control according to the second embodiment will be described below. In the electric supercharger control according to the first embodiment, the
図6に示すように、実施の形態2に係る電動過給機制御では、制御が開始されると(スタート)、まずステップS21で、各センサ17、25、33、34、56〜60によって検出された物性値ないしは検出値に対応する各種信号が読み込まれる。続いて、ステップS22で、アクセル開度ないしはその増加速度に基づいて、エンジンDEないしは車両が加速状態にあるか否かが判定される。
As shown in FIG. 6, in the electric supercharger control according to the second embodiment, when the control is started (start), first, in step S21, detection is performed by each
ステップS22でエンジンDEが加速状態であると判定された場合は(YES)、ステップS23で、加速フラグFが1であるか否かが判定される。この加速フラグFは、実施の形態1に係る電動過給機制御における加速フラグと同様のフラグであり、エンジンDEないしは車両の加速が開始されたときに、後で説明するステップS30で1がセットされ、該加速が終了したときに、後で説明するステップS34で0にリセットされる。 If it is determined in step S22 that the engine DE is in an accelerated state (YES), it is determined in step S23 whether or not the acceleration flag F is 1. The acceleration flag F is a flag similar to the acceleration flag in the electric supercharger control according to the first embodiment. When the engine DE or the acceleration of the vehicle is started, 1 is set in step S30 described later. When the acceleration is finished, it is reset to 0 in step S34 described later.
ステップS23で加速フラグFが1でないと判定された場合(NO)、すなわち今回から加速が開始された場合は、ステップS24〜S26で、吸気モデルないしは同定モデルを用いて、所定時間だけ後の(将来の)エンジンDEの運転状態が予測される。具体的には、まずステップS24で、エンジン回転数とアクセル開度とをパラメータとする目標充填量マップに基づいて目標充填量が決定される。 If it is determined in step S23 that the acceleration flag F is not 1 (NO), that is, if acceleration is started from this time, in steps S24 to S26, an intake model or an identification model is used ( The future operating state of the engine DE is predicted. Specifically, first, in step S24, a target filling amount is determined based on a target filling amount map using the engine speed and the accelerator opening as parameters.
次に、ステップS25で、図4に示す同定モデルDMによって、目標充填量とするために必要な吸気制御弁18の開度、可動ベーン27の開度、電動式過給機21の回転数(又は駆動電流)、高圧EGR弁39の開度及び定圧EGR弁44の開度が決定される。このように決定された各制御値は、対応する実際の機器に出力される。続いて、ステップS26で、所定時間だけ後のエンジンDEの運転状態が予測される。すなわち、現時点から所定時間経過したときには、エンジンDEの運転状態が、図7に示すエンジン回転数とエンジン負荷とをパラメータとする2次元座標系のどの地点に存在する(移行する)かが予測される。
Next, in step S25, the opening degree of the
このように、所定時間だけ後のエンジンDEの運転状態が予測された後、ステップS27で、予測されたエンジンDEの運転状態が図7中の領域2すなわちEGRパーシャルゾーンに入っているか否かが判定される。ここで、予測されたエンジンDEの運転状態がEGRパーシャルゾーンに入っていると判定された場合は(YES)、ステップS28で電動過給機21が駆動され、比較的低い回転数M1(例えば、1500rpm)で予め設定された期間だけ予回転させられる。なお、電動過給機21の駆動と同時に又はやや遅れて逆止弁22が閉じられる。
In this way, after the operation state of the engine DE after a predetermined time is predicted, in step S27, it is determined whether or not the predicted operation state of the engine DE is in the
他方、ステップS27で、予測されたエンジンDEの運転状態が領域2すなわちEGRパーシャルゾーンに入っていないと判定された場合(NO)、換言すれば図7中の領域3すなわちEGRレスゾーンに入っていると判定された場合は、ステップS29で電動過給機21が駆動され、比較的高い回転数M2(例えば、3000rpm)で所定期間だけ予回転させられる。なお、電動過給機21の駆動と同時に又はやや遅れて逆止弁22が閉じられる。
On the other hand, if it is determined in step S27 that the predicted operating state of the engine DE is not in the
このように、ステップS28又はステップS29で、予測されるエンジンDEの運転状態がEGRパーシャルゾーンに入っているか、それともEGRレスゾーンに入っているかによって電動過給機21の予回転の回転数を変えるのは、以下のような理由による。すなわち、例えば図8中の矢印P1で示すように、EGRリッチゾーン内のA域から加速が開始された場合において、予測されるエンジンDEの運転状態がEGRレスゾーン内のC域である場合は、エンジンDEないしは車両は比較的大きい加速度で加速され、かつ、吸気系へのEGRガスの供給が停止されることが予測される。そこで、この場合は、吸気系内のEGRガスを迅速に排気系に排出することができるように、電動過給機21を比較的高い回転数M2で予回転させるようにしている。
As described above, in step S28 or step S29, the number of pre-rotations of the
他方、図8中の矢印P2で示すように、EGRリッチゾーン内のA域から加速が開始された場合において、予測されるエンジンDEの運転状態がEGRパーシャルゾーン内のB域である場合は、エンジンDEないしは車両は比較的小さい加速度で加速され、かつ、吸気系へのEGRガスの供給が小流量で継続されることが予測される。したがって、エンジンDEの運転状態がEGRレスゾーンに移行すると予測される場合ほどは、迅速にEGRガスを吸気系から排出する必要はない。そこで、電動過給機21を比較的低い回転数M1で予回転させるようにしている。
On the other hand, as shown by the arrow P2 in FIG. 8, when the acceleration is started from the A region in the EGR rich zone and the predicted operating state of the engine DE is the B region in the EGR partial zone, The engine DE or the vehicle is accelerated with a relatively small acceleration, and the supply of EGR gas to the intake system is expected to continue at a small flow rate. Therefore, it is not necessary to exhaust the EGR gas from the intake system as quickly as when the operating state of the engine DE is predicted to shift to the EGR-less zone. Therefore, the
図8に示すように、EGRリッチゾーン内のA域での運転状態から加速が開始された場合、吸気モデルないしは同定モデル(モデルベース制御)を用いれば、加速によりエンジンDEの運転が例えばEGRパーシャルゾーン内のB域に移行するか、あるいはEGRレスゾーンのC域に移行するかなどといったことを容易に予測することができる。すなわち、この電動過給機制御では、予めアクセル加速度に応じて、ドライバの要求するところの加速度を予測することにより、この加速度から必要トルクを算出しそのトルクを発生させるのに必要な燃料の流量、及びその燃料から得ることができる熱量を計算し、ドライバの要求を満たすのに必要な空気量を確保するようにしている。 As shown in FIG. 8, when the acceleration is started from the operating state in the A region in the EGR rich zone, the engine DE is operated by the acceleration by using the intake model or the identification model (model base control), for example, EGR partial. It is possible to easily predict whether to move to the B area in the zone or to move to the C area of the EGR-less zone. That is, in this electric supercharger control, by predicting the acceleration requested by the driver according to the accelerator acceleration in advance, the necessary torque is calculated from this acceleration and the flow rate of fuel required to generate the torque is calculated. And the amount of heat that can be obtained from the fuel is calculated to ensure the amount of air necessary to meet the driver's requirements.
一般に、ディーゼルエンジンにおいては、EGRリッチゾーンで運転されている場合でも、EGRガス中の酸素濃度はゼロではない。そして、加速時に電動過給機21が作動しているときには、吸気系内の圧力上昇により、燃焼室3に供給される新気及びEGRガスの供給量はいずれも増加するが、EGRガス中には酸素が残存しているので、このEGRガス中の酸素も燃料の燃焼に寄与する。このため、加速時における燃焼室3への酸素の供給量を迅速に高めることができる。
Generally, in a diesel engine, the oxygen concentration in the EGR gas is not zero even when operated in an EGR rich zone. When the
図9に、図8中のA域において燃焼室3に供給される新気(吸入空気)とEGRガスの混合気体の組成R1と、電動過給機21の作動により過給が行われたときにB域又はC域において燃焼室3に供給される新気とEGRガスの混合気体の組成R2とを概念的に示す。図9から明らかなとおり、電動過給機21による過給により、EGRガスに含まれる可燃空気がかなりの比率を占めていることがわかる。この可燃空気が燃料の燃焼に寄与し、燃料の燃焼性が高められ、加速性が良好となり、かつ煤の発生が防止される。
In FIG. 9, when supercharging is performed by the composition R1 of the mixed gas of fresh air (intake air) and EGR gas supplied to the
このように、加速が開始されて電動過給機21が駆動された後、ステップS30で加速フラグFに1がセットされる。続いて、ステップS31で、電動過給機21の回転数が目標回転数(目標値)に達したか否かが判定される。この目標回転数は、例えば電動過給機21の通常の作動回転数(例えば、50000rpm)に設定される。なお、今回から加速が開始された場合は、電動過給機21の回転数はM1又はM2であり、目標回転数に達していないことは明らかである。なお、前記のステップS23で加速フラグFが1であると判定された場合(YES)、すなわち前回以前にすでに加速が開始されている場合は、ステップS24〜S30をスキップして、ステップS31が実行される。
Thus, after acceleration is started and the
ステップS31で、電動過給機21の回転数が目標回転数に達していないと判定された場合は(NO)、ステップS33で、電動過給機21の回転数が目標回転数に向かって所定の上昇速度で上昇(漸増)させられる。この後、ステップS21に復帰する(リターン)。他方、電動過給機21の回転数が目標回転数に達していると判定された場合は(YES)、ステップS32で、電動過給機21の回転数が目標回転数に保持される。この後、ステップS21に復帰する(リターン)。
If it is determined in step S31 that the rotational speed of the
ところで、前記のステップS22でエンジンDEないしは車両が加速状態でないと判定された場合は(NO)、まずステップS34で加速フラグFが0にリセットされる。続いて、ステップS35で、電動過給機21の作動が停止させられ、これと同時に又はやや前に逆止弁22が開かれる。
If it is determined in step S22 that the engine DE or the vehicle is not in an accelerated state (NO), first, the acceleration flag F is reset to 0 in step S34. Subsequently, in step S35, the operation of the
次に、ステップS36で、エンジン回転数とアクセル開度とをパラメータとする目標酸素濃度マップに基づいて、目標酸素濃度が決定される。続いて、ステップS37で、同定モデルDMによって、目標酸素濃度を実現するための各種制御値が決定される。なお、このステップS37は、前記のステップS25に対応する。この後、ステップS38で、決定された制御値が実際の機器に出力される。この後、ステップS21に復帰する(リターン)。 Next, in step S36, the target oxygen concentration is determined based on the target oxygen concentration map using the engine speed and the accelerator opening as parameters. Subsequently, in step S37, various control values for realizing the target oxygen concentration are determined by the identification model DM. This step S37 corresponds to the aforementioned step S25. Thereafter, in step S38, the determined control value is output to the actual device. Thereafter, the process returns to step S21 (return).
以上、本発明の実施の形態2に係るエンジンDEの過給装置ないしは電動過給機制御によっても、基本的には実施の形態1の場合と同様に、エンジンDEないしは車両の加速性が高められ、煤の発生が抑制又は防止される。 As described above, the engine DE or the vehicle turbocharger control according to the second embodiment of the present invention basically improves the acceleration of the engine DE or the vehicle as in the first embodiment. , Generation of wrinkles is suppressed or prevented.
DE ディーゼルエンジン、C コントロールユニット、1 吸気弁、2 吸気ポート、3 燃焼室、4 ピストン、5 燃料噴射弁、6 排気弁、7 排気ポート、8 シリンダ(気筒)、9 コネクチングロッド、10 クランクシャフト、11 エンジンスタータ、12 吸気弁開閉カム機構、13 吸気弁カム制御装置、14 排気弁開閉カム機構、15 排気弁カム制御装置、16 共通吸気通路、16a 第1分岐吸気通路、16b 第2分岐吸気通路、17 エアフローセンサ、18 吸気制御弁、19 排気ターボ過給機、19a コンプレッサ、19b タービン、20 インタークーラ、21 電動過給機、21a コンプレッサ、21b モータ、22 逆止弁、23 サージタンク、24 独立吸気通路、25 吸気圧センサ、26 共通排気通路、27 可動ベーン、28 可動ベーンアクチュエータ、29 第2電動過給機、29a コンプレッサ、29b モータ、30 排気ガス浄化触媒、31 パティキュレートフィルタ、32 排気ガス浄化装置、33 第1温度センサ、34 第2温度センサ、35 排気開閉弁、36 高圧EGR装置、37 高圧EGR通路、38 高圧EGRクーラ、39 高圧EGR制御弁、41 低圧EGR装置、42 低圧EGR通路、43 低圧EGRクーラ、44 低圧EGR制御弁、52 タービン室、53 タービン翼、54 ノズル、55 可動ベーンの軸、56 エンジン回転数センサ、57 クランク角センサ、58 エンジン水温センサ、59 アクセル開度センサ、60 吸気温センサ。 DE diesel engine, C control unit, 1 intake valve, 2 intake port, 3 combustion chamber, 4 piston, 5 fuel injection valve, 6 exhaust valve, 7 exhaust port, 8 cylinder (cylinder), 9 connecting rod, 10 crankshaft, DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Engine starter, 12 Intake valve opening / closing cam mechanism, 13 Intake valve cam control apparatus, 14 Exhaust valve opening / closing cam mechanism, 15 Exhaust valve cam control apparatus, 16 Common intake passage, 16a First branch intake passage, 16b Second branch intake passage , 17 Air flow sensor, 18 Intake control valve, 19 Exhaust turbocharger, 19a Compressor, 19b Turbine, 20 Intercooler, 21 Electric supercharger, 21a Compressor, 21b Motor, 22 Check valve, 23 Surge tank, 24 Independent Intake passage, 25 Intake pressure sensor, 26 Common Air passage, 27 movable vane, 28 movable vane actuator, 29 second electric supercharger, 29a compressor, 29b motor, 30 exhaust gas purification catalyst, 31 particulate filter, 32 exhaust gas purification device, 33 first temperature sensor, 34 Second temperature sensor, 35 Exhaust valve, 36 High pressure EGR device, 37 High pressure EGR passage, 38 High pressure EGR cooler, 39 High pressure EGR control valve, 41 Low pressure EGR device, 42 Low pressure EGR passage, 43 Low pressure EGR cooler, 44 Low pressure EGR control Valve, 52 Turbine chamber, 53 Turbine blade, 54 Nozzle, 55 Movable vane shaft, 56 Engine speed sensor, 57 Crank angle sensor, 58 Engine water temperature sensor, 59 Accelerator opening sensor, 60 Intake air temperature sensor.
Claims (3)
排気ターボ過給機と、
上記排気ターボ過給機のコンプレッサより上流側の吸気通路と上記排気ターボ過給機のタービンより下流側の排気通路とを接続し排気通路内の排気ガスの一部を吸気通路に還流させるEGR通路と、該EGR通路に配設されたEGR弁とを有するEGR装置と、
上記EGR弁を介しての排気ガスの還流量をエンジンの運転状態に応じて制御するEGR制御手段と、
加速時に上記電動過給機を作動させるとともに、エンジンの運転状態がEGR領域に入っているときには非EGR領域に入っているときに比べて、上記電動過給機の作動回転数を高くする電動過給機制御手段とを備えていることを特徴とするエンジンの過給装置。 An electric supercharger disposed in the intake passage;
An exhaust turbocharger,
An EGR passage that connects an intake passage upstream of the compressor of the exhaust turbocharger and an exhaust passage downstream of the turbine of the exhaust turbocharger to recirculate part of the exhaust gas in the exhaust passage to the intake passage. And an EGR device having an EGR valve disposed in the EGR passage,
EGR control means for controlling the exhaust gas recirculation amount via the EGR valve in accordance with the operating state of the engine;
The electric supercharger is operated at the time of acceleration, and when the engine operating state is in the EGR region, the electric supercharger that increases the operating rotational speed of the electric supercharger is higher than that in the non-EGR region. An engine supercharging device comprising: a charger control means.
上記吸気モデルは、実際のエンジンの吸気状態と同一の吸気状態が得られるように、実際のエンジンの吸気状態について影響を与える実際の機器の特性と同一の特性を有するように設定された仮想機器を複数種組み合わせて構成され、予め設定された入力パラメータに基づいて、実際のエンジンの吸気状態が目標吸気状態となるように上記仮想機器に対する制御値を決定するよう構成されていることを特徴とする、請求項1に記載のエンジンの過給装置。 The EGR valve and the electric supercharger are controlled based on an intake model set based on at least the accelerator opening,
The above intake model is a virtual device that is set to have the same characteristics as the actual device that affects the actual intake state of the engine so that the same intake state as the actual engine intake state can be obtained. And a control value for the virtual device is determined based on a preset input parameter so that the actual engine intake state becomes the target intake state. The engine supercharging device according to claim 1.
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