JP3606112B2 - Diesel engine control device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明はディーゼルエンジンの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
コモンレール式燃料噴射装置とEGR装置とを備え、EGR率検出手段により検出される実EGR率が目標EGR率より高くなる加速時にコモンレール圧力(燃料噴射圧力)を増大補正することにより燃料と空気の混合を促進してスモークを低減し、この逆に実EGR率が目標EGR率より低いときにはコモンレール圧力を減少補正することにより予混合燃焼割合を小さくし、NOx発生量を低減するようにしたものがある(特開平9−242617号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の従来装置では広域空燃比センサにより検出される排気中の酸素濃度から実EGR率を求めている。
【0004】
しかしながら、広域空燃比センサは、高価である上に検出遅れが生じるため(センサの検出応答時定数は1/10秒から数秒のオーダーである)、目標EGR率と実EGR率が最もずれる加速初期や変速初期に燃料噴射圧力の補正が遅れる。つまり、実EGR率の応答遅れのタイミングに合わせて燃料噴射圧力の補正量を与えなければならないのに、センサの検出遅れにより実EGR率の目標EGR率からの誤差が最も大きいときに燃料噴射圧力が変化せず、実EGR率の誤差が減ってきたときに燃料噴射圧力が変化するのでは、スモークがかえって悪化したり、ディーゼルノック音が出たりしてしまう。
【0005】
この場合に、上記の実EGR率と目標EGR率の比較は、実EGR流量と目標EGR流量の比較でもよいので、実EGR流量をモデル規範制御により演算することにより、過渡運転時においても応答性のよい実EGR流量が得られるようにした装置(特開平10−318047号公報参照)と上記の従来装置とを組み合わせれば、過給を行わないエンジンである限り、実EGR流量の応答遅れのタイミングに合わせて燃料噴射圧力の補正量を与えることができる。
【0006】
しかしながら、大量EGRによって空気過剰率が低下するのを避けるため、タービン内に可変ノズルを有する可変容量ターボチャージャを備えて、実用運転域(低速時や低負荷時)で高過給化する場合には、加速時や変速中にいわゆるターボラグにより実過給圧の応答遅れが生じ、これが実EGR流量に大きく影響するので、加速時の実EGR流量の一時的増加を回避するため、たとえば可変ノズルのノズル開度を減少させることにより吸気流量を小さくして、空気過剰率を改善することが考えられるが、この方法だとかえって加速時の実EGR流量の一時的増加を大きくしてしまう。
【0007】
これを図72を用いて説明すると、実EGR流量は排気圧Pexhと吸気圧Pmの差圧ΔP(=Pexh−Pm)に比例する。同図において、加速時にはまず排気圧Pexhが応答良く立ち上がり、EGR弁が遅れて閉じ、その後に実過給圧(=吸気圧Pm)が立ち上がる。この場合に、ノズル開度を減少させていると、そのノズル開度減少分だけ排気圧Pexhの立ち上がりが大きくなりかつ吸気圧Pmの立ち上がりが遅れる。この結果、ノズル開度を減少させない場合より上記の差圧ΔPが大きくなり、そのぶん実EGR流量が大きくなってしまうのである。
【0008】
そこで本発明は、大量EGRが可能なEGR装置と可変容量ターボチャージャを備えるエンジンを対象として、実EGR流量をモデル規範制御により過渡運転時においても応答よく演算しつつ、このようにして得られる実EGR流量が目標EGR流量より大きく、さらに実過給圧が目標過給圧より小さい場合に目標噴射圧力を増大補正することにより、加速時に、EGR弁の作動遅れに伴う実EGR流量の応答遅れがあり、この応答遅れにさらにターボラグが影響する場合においても、噴射圧力の補正精度を高めることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、図73に示すように、
EGR弁81と、タービン内に可変ノズルを有する可変容量ターボチャージャ82と、エンジンの負荷に応じた目標噴射圧力を演算する手段83と、エンジンの負荷に応じた目標EGR流量を演算する手段84と、この目標EGR流量が流れるように前記EGR弁81を制御する手段85と、実EGR流量をモデル規範制御により演算する手段86と、エンジンの負荷に応じた目標過給圧を演算する手段87と、この目標過給圧が得られるように前記可変ノズル開度を制御する手段88と、実過給圧を検出する手段89と、この実過給圧と前記目標過給圧を比較するとともに、前記実EGR流量と前記目標EGR流量を比較する手段90と、これらの比較結果より実過給圧が目標過給圧より低くかつ実EGR流量が目標EGR流量より大きい場合に前記目標噴射圧力を増大補正する手段91と、この補正された目標噴射圧力となるように燃料噴射圧力を制御する手段92とを備えると共に、前記比較結果より実過給圧が目標過給圧より低くかつ実EGR流量が目標EGR流量より大きい場合に目標噴射時期を遅角補正する。
【0010】
第2の発明は、図73に示すように、EGR弁81と、タービン内に可変ノズルを有する可変容量ターボチャージャ82と、エンジンの負荷に応じた目標噴射圧力を演算する手段83と、エンジンの負荷に応じた目標EGR流量を演算する手段84と、この目標EGR流量が流れるように前記EGR弁81を制御する手段85と、実EGR流量をモデル規範制御により演算する手段86と、エンジンの負荷に応じた目標過給圧を演算する手段87と、この目標過給圧が得られるように前記可変ノズル開度を制御する手段88と、実過給圧を検出する手段89と、この実過給圧と前記目標過給圧を比較するとともに、前記実EGR流量と前記目標EGR流量を比較する手段90と、
これらの比較結果より実過給圧が目標過給圧より低くかつ実EGR流量が目標EGR流量より大きい場合に前記目標噴射圧力を増大補正する手段91と、この補正された目標噴射圧力となるように燃料噴射圧力を制御する手段92とを備えると共に、前記比較結果より実過給圧が目標過給圧より低くかつ実EGR流量が目標EGR流量より小さい場合に前記目標噴射圧力の増大補正量よりも小さな補正量で前記目標噴射圧力を増大補正する。
【0015】
第3の発明では、第1または第2の発明において前記実EGR流量を排気圧Pexhと吸気圧Pm(=実過給圧)の差圧に基づいて演算する。
【0016】
第4の発明では、第3の発明において吸入空気量Qas0、燃料噴射量Qf、前記可変ノズルの有効面積相当値Avntおよび排気温度Texhを検出し、これら4つの要素を用いて前記排気圧Pexhを、
Pexh=Kpexh×{(Qas0+Qf)/Avnt)}2×Texh+Pa
ただし、Pexh :排気圧、
Qas0 :吸入空気量、
Qf :燃料噴射量、
Avnt :可変ノズルの有効面積相当値、
Texh :タービン入口の排気温度、
Pa :コンプレッサ入口圧、
Kpexh:定数、
の式により演算する。
【0017】
第5の発明では、第3の発明において吸入空気量Qas0、燃料噴射量Qf、前記可変ノズルの有効面積相当値Avntおよび排気温度Texhを検出し、これら4つの要素を用いてタービン入口排気圧相当値Pexhrを、
Pexhr=Kpexhn×{(Qas0+Qf)/Avnt)}2×Texh
ただし、Pexhr :タービン入口排気圧相当値、
Qas0 :吸入空気量、
Qf :燃料噴射量、
Avnt :可変ノズルの有効面積相当値、
Texh :タービン入口の排気温度、
Pa :コンプレッサ入口圧、
Kpexhn:定数、
の式により演算し、このタービン入口排気圧相当値Pexhrとコンプレッサ入口圧Paとから前記排気圧Pexhを演算する。
【0018】
第6の発明では、第1の発明において前記目標噴射圧力および前記目標噴射時期の補正を、低温予混合燃焼が実現されるように行う。
【0019】
【発明の効果】
大量EGRによって空気過剰率が低下するのを避けるため、タービン内に可変ノズルを有する可変容量ターボチャージャを備える場合に、加速時や変速中にいわゆるターボラグにより実過給圧の応答遅れが生じ、これが実EGR流量に影響するので、加速時の実EGR流量の一時的増加を回避するため、たとえば可変ノズルのノズル開度を減少させたのでは、かえって加速時の実EGR流量の一時的増加を大きくしてしまうことになるが、第1、第2、第3の発明では、EGR装置と可変容量ターボチャージャとを備えるエンジンを対象として、実EGR流量をモデル規範制御により過渡運転時においても応答よく演算しつつ、第1、第3の発明によればこのようにして得られる実EGR流量が目標EGR流量より大きくかつ実過給圧が目標過給圧より小さい場合に目標噴射圧力を増大補正するようにしたので、実用運転域でのエンジンの排気組成と運転性の双方を改善できるほか、加速時や加速途中の変速中に、EGR弁の作動遅れに伴う実EGR流量の応答遅れがあり、この応答遅れにさらにターボラグが影響する場合においても、実EGR流量の応答遅れの位相に合わせた燃料噴射圧力の補正が可能となり、噴射圧力の補正精度を高めることができる。
【0020】
実EGR流量が目標EGR流量より大きいときに燃料噴射圧力を高くすると、実EGR流量の過大により着火遅れ期間が短縮されるのと燃料噴射圧力の上昇により着火期間が短縮されるのとで、結果的に着火遅れ期間は適正なEGR流量のときとほぼ同一になるものの、着火までに噴射される燃料量が燃料噴射圧力が上昇したぶんだけ多く、この多くなった燃料が着火と同時に一気に燃えるため燃焼が急になり、ディーゼルノック(燃焼騒音)が生じるのであるが、第1の発明によれば、噴射時期を遅角補正して着火遅れ期間が増大するようにしているので、燃焼騒音を抑制できる。
【0021】
加速直後の一時的増大のあとに実EGR流量がオーバーシュートする応答の場合に、実EGR流量が目標EGR流量を下回る区間においても、オーバーシュートのない通常の応答の場合と同じに目標噴射圧力の補正を行ったのでは、目標噴射圧力の増大補正量が大き過ぎることになるが、この場合に第2の発明によればオーバーシュートのない通常の応答の場合より補正量を小さくするので、補正量が大き過ぎることがなく、これによって加速時に一時的増加のあと実EGR流量がオーバーシュートする応答の場合においても適切な値の補正量を与えることができる。
【0022】
第4の発明は、タービンノズルを通過するガスの流れを、流路面積が縮小する場合の流れであると仮定して排気圧を演算するものであり、この第4の発明によれば、標準状態において排気圧の高い演算精度が得られる。
【0023】
タービンノズルを通過するガスの流れを、流路面積が縮小する場合の流れであると仮定して排気圧を演算すると、標準状態と異なる場合(たとえば高地、標準温度より高い場合、湿度が標準状態と異なる場合など)に、排気圧の演算精度が低下するのであるが、第5の発明によれば、タービンノズルを通過するガスの流れを、理想気体が断熱変化して流動する場合の流れであると仮定した演算式により、単位時間当たりの流量と圧力(つまり比重の変化)が正確に記述できているので、標準状態と異なる気圧や温度の状態においても、排気圧の高い演算精度が得られる。しかもこの場合にマッチングしなければならない特性は単純なものであるため、ほとんど計算だけで足り(マッチングの必要なし)、机上のみの計算でも排気圧の演算精度を高くすることができる。
【0024】
第6の発明によれば、実EGR率の応答遅れやターボチャージャの作動遅れに伴う過給圧の応答遅れが生じる過渡運転状態でも、低温予混合燃焼を維持でき、これによって加速時のスモークと燃焼騒音、加速途中の変速中の燃焼騒音をさらに抑制できる。
【0025】
【発明の実施の形態】
図1はディーゼルエンジンの概略的な構成図である。
【0026】
ディーゼルエンジンの燃焼において、NOxの生成量は燃焼温度に大きく依存し、その低減には燃焼温度を相対的に低温化することが有効である。低温予混合燃焼方式では、排気還流システム(EGR)により酸素濃度を低減し、これにより低温燃焼を実現する。このため、排気通路53と吸気通路52とをEGR通路54で接続し、このEGR通路54の途中にEGR弁57を設け、排気の一部を吸気中に還流する。
【0027】
EGR弁57は、コントロールユニット41からの制御信号を受けるステップモータ57aにより駆動されるもので、エンジンの運転条件に応じて適切なEGR率が得るようにしている。たとえば、低回転低負荷域でEGR率を最大の100パーセント(吸入空気流量とEGRガス流量が同量)とし、回転数、負荷が高くなるに従い、EGR率を減少させる。高負荷側では排気温度が上昇するため、多量のEGRガスを還流すると吸気温度が上昇し、これにより燃焼温度も相対的に上昇し、NOx低減の効果が減少したり、また、噴射燃料の着火遅れ期間が短くなり、予混合燃焼が実現できなくなる。このためにEGR率を高負荷側になるほど、減少させるのである。
【0028】
なお、図3に示したように、吸入空気量を計測するためのエアフローメータ55の下流に吸入空気を2段階に絞り込む吸気絞り弁56が設けられることがある。このときは、排気通路53から吸気通路52に流れる排気の還流量は、吸気絞り弁56の開度に応じて発生する吸入負圧と、排気通路53の排気圧力との差圧に応じるとともに、そのときのEGR弁57の開度に対応して決定される。
【0029】
ここで、前記吸気絞り弁56は負圧アクチュエータ56aにより開度が2段階に制御され、負圧アクチュエータ56aには第1の電磁弁61を介して図示しないバキュームポンプからの負圧を導く第1負圧通路62と、第2の電磁弁63を介して同じく負圧を導く第2負圧通路64とが接続され、これら電磁弁61、62によって調圧された負圧により、吸気絞り弁56の開度を2段階に制御し、その下流に発生する吸入負圧をコントロールするようになっている。
【0030】
たとえば、第1の電磁弁61が負圧導入をやめ、大気圧を導入し、第2の電磁弁63が負圧を導入しているときは、負圧アクチュエータ56aの負圧は弱く、吸気絞り弁56の開度は比較的大きくなり、これに対して、第1の電磁弁61も負圧を導入しているときは負圧が強く、吸気絞り弁56の開度は小さくなる。また、第1、第2の電磁弁61、63がともに大気圧を導入しているときは、吸気絞り弁56はリターンスプリングにより、全開位置に保持される。
【0031】
このように、吸気絞り弁56が設けられる場合には、コントロールユニット41で、前記第1、第2電磁弁61、63とステップモータ57aの作動を制御し、排気還流量を制御することになる。
【0032】
EGR通路54の途中には、EGRガスの冷却装置3を備える。これは、EGR通路54の周りに形成されウォータジャケット(図示しない)を有し、ここにはエンジン冷却水の一部が循環され、この冷却水の循環量は、冷却水の導入口に設けられた流量制御弁(図示しない)により調整可能である。コントロールユニット41からの指令により流量制御弁の開度が大きくなるほど、EGRガスの冷却度が増す。
【0033】
エンジンの吸気ポート近傍の吸気通路には、スワールコントロールバルブ4を備える。コントロールユニット41により、このスワールコントロールバルブ4の開度が制御され、エンジン低回転低負荷域で閉じられる(開度が減少する)と、燃焼室に吸入される吸気の流速が高まり燃焼室に強いスワールが生成される。ただし、スワールが強くなると、シリンダ内の作動ガスの熱交換率が高まり、作動ガス温度は相対的に低下する。
【0034】
ピストンに形成される窪み状の燃焼室は、大径のトロイダル型燃焼室である。これは、ピストンキャビティを、入口を絞らずピストンの冠面から底部まで円筒状に形成したもので、その底部中央には円錐部が形成され、この円錐部によって、圧縮行程後期にピストンキャビティ内へと旋回しながら流れ込むスワールに抵抗を与えないように、さらに空気と燃料の混合を良好にする。
【0035】
このように、入口を絞らない円筒状のピストンキャビティにより、前述のスワールコントロールバルブ4によって生成されたスワールは、燃焼過程でピストンが下降していくのに伴い、ピストンキャビティ内からキャビティ外に拡散され、キャビティ外でもスワールが持続される。
【0036】
前記排気通路53には、EGR通路54の分岐点よりも下流において、可変容量ターボチャージャ2を備える。このターボチャージャ2は、排気タービン2aのスクロール入口に、ステップモータ2cにより駆動される可変ノズル2dが設けられる。前記コントロールユニット41により可変ノズル2dが制御され、エンジン低回転域から所定の過給圧が得られるように、低回転側では排気タービン2aに導入される排気の流速を高めるノズル開度に制御され、高回転側では排気を抵抗なく排気タービン2aに導入させるノズル開度(全開状態)に制御される。また、運転条件によって可変ノズル2dは、所望の過給圧が得られるノズル開度に制御される。
【0037】
本実施形態では、可変ノズル2dのノズル開度をステップモータ2cにより駆動する方式で説明するが、ダイヤフラムアクチュエータおよびこのアクチュエータへの制御負圧を調整する電磁ソレノイドで駆動する方法や直流モータで駆動する方法を用いてもよい。さらにノズル位置センサからの信号に基づいてノズル開度をフィードバック制御するようにしてもかまわない。
【0038】
エンジンには図2に示したコモンレール式の燃料噴射装置10を備える。
【0039】
これは、主として、燃料タンク11、サプライポンプ14、コモンレール(蓄圧室)16、気筒ごとに設けられる燃料噴射ノズル17からなり、高圧のサプライポンプ14に生成した高圧燃料をコモンレール16に蓄え、燃料噴射ノズル17内の三方弁25によってノズルニードルの開閉を行うことで、噴射の開始と終了を自由に制御することができる。コモンレール16内の燃料圧力は、圧力センサ32とサプライポンプ14の吐出量制御機構により、常にエンジンの求める最適値に制御される。
【0040】
これら燃料噴射量、燃料噴射時期、コモンレール圧力(燃料噴射圧力)などの制御は、マイクロプロセッサで構成されるコントロールユニット41により行われる。このため、コントロールユニット41には、アクセル開度センサ33、エンジン回転数とクランク角度を検出するセンサ34、気筒判別のためのセンサ35、水温センサ36からの信号が入力し、これらに基づいて、コントロールユニット41は、エンジン回転数とアクセル開度に応じて目標燃料噴射量Qfと、目標噴射時期を演算し、この目標燃料噴射量Qfに対応してノズル内の三方弁25のオン時間を制御し、また、目標噴射時期に対応して三方弁25のON時期を制御する。また、圧力センサ32により検出されるコモンレール圧力が、目標圧力と一致するようにサプライポンプ14の吐出量制御機構を介してコモンレール16の燃料圧力をフィードバック制御する。
【0041】
目標噴射時期は低温予混合燃焼を実現するために、通常の噴射時期よりも遅角される。後述するように、クランク角で圧縮上死点後の所定の範囲内で燃料噴射が開始されるように設定される。これにより、噴射された燃料の着火遅れ期間が長くなり、この間に燃料の気化が促進され、十分に空気と混合した状態で着火することが可能となる。これにより、排気還流による低酸素濃度のもとで、低温予混合燃焼が行われ、パティキュレートを増大させることなく、NOxの低減を可能とする。
【0042】
1はNOx還元触媒(たとえば銅系ゼオライト触媒)である。
【0043】
さて、過給圧制御という観点からみると、EGR制御も、過給圧制御の役割を物理的に果たしている。つまり、EGR量を変化させることにより過給圧も変化する。逆に、過給圧を変化させると、排気圧が変化するため、EGR量も変化することになり、過給圧とEGR量とは独立に制御できない。また、ややもすると、お互いに制御上の外乱となっている。
【0044】
そこで、過給圧とEGR弁に供給される制御負圧とをタイムシェアリングによって吸気圧センサにより選択的に検出させ、それら制御負圧、過給圧に基づいて、EGR量の制御、過給圧の制御をそれぞれ行う技術が開示されているが、この技術では特に過渡時の制御応答性が悪くなる。
【0045】
ところで、吸気圧(コンプレッサ出口圧)Pm、排気圧(タービン入口圧)Pexh、大気圧(コンプレッサ入口圧)Pa、EGR弁の有効面積相当値Aegr、可変ノズルの有効面積相当値Avntの5変数を知ることができれば、排気量QexhとEGR量Qegrを計算できる。5変数のうち、排気圧以外の変数は検出することが比較的容易であるが、排気圧は高排気温度・酸化雰囲気で耐久性をもつセンサが一般的に入手困難であり、かつ車載用センサとしては高価である。また、前記のような使用条件での耐久性を持たせるために十分な応答性を得ることが難しい。したがって、過給圧とEGR量を精度よくかつ応答性と安定性を損なうことなく制御するためには、排気圧を推定する手段が必要である。
【0046】
このためコントロールユニット41では、吸入空気量Qas0と、燃料噴射量Qfと、可変ノズルの有効面積相当値Avntと、排気温度Texhの4つの要素を用いて、排気圧Pexhをダイレクトにかつ簡単な演算式で演算(推定)する。
【0047】
また、この推定した排気圧Pexhを用いてEGR制御を行う。たとえば、エンジンの回転数と負荷に応じて目標EGR率Megrを演算し(図38参照)、この目標EGR率Megrに基づいて要求EGR量Tqeを演算し(図41参照)、前記推定した排気圧Pexhと吸気圧Pmの差とこの要求EGR量TqeとからEGR弁57の要求開口面積Tavを演算し(図42参照)、この要求開口面積TavとなるようにEGR弁開度を制御する。
【0048】
コントロールユニット41で行われるこの制御を次に詳述する。
【0049】
なお、以下に詳述する過給圧制御とEGR制御とは本出願とほぼ同時期の別の出願によりすでに提案している。
【0050】
まず、過給圧制御から説明すると、図4は可変ノズル2dの指令開度の演算フローで、10msec毎に実行する。なお、図4に示す指令開度の演算方法は、基本的に公知のものである。
【0051】
ステップ1では回転数Ne、燃料噴射量Qf、コンプレッサ入口圧Pa、実過給圧Pm_istを読み込む。
【0052】
ここで、実過給圧Pm_istはEGR制御で後述する吸気圧(コンプレッサ出口圧)Pmと同じものであり、この吸気圧Pmはコレクタ52aに設けた吸気圧センサ72(図1参照)により、またコンプレッサ入口圧Paはエアフローメータ55の上流に設けた大気圧センサ73(図1参照)により検出している。燃料噴射量Qfの演算は後述する。
【0053】
ステップ2では回転数Neと燃料噴射量Qfから図5を内容とするマップを検索することにより基本過給圧MPMを、またステップ3ではコンプレッサ入口圧Paより図6を内容とするテーブルを検索することにより過給圧の大気圧補正値を求め、ステップ4でこの大気圧補正値を基本過給圧MPMに乗じた値を目標過給圧Pm_solとして演算する。
【0054】
ステップ5では実過給圧Pm_istがこの目標過給圧Pm_solと一致するようにPI制御によりノズル開度のPI補正量STEP istを演算する。
【0055】
ステップ6では回転数Neと燃料噴射量Qfより図7を内容とするマップを検索することにより可変ノズルの基本開度MSTEPを、またステップ7ではコンプレッサ入口圧Paより図8を内容とするテーブルを検索することによりノズル開度の大気圧補正値を求め、この補正値を基本開度MSTEPに乗じた値をステップ8において目標開度STEP solとして演算する。
【0056】
ステップ9では、実過給圧Pm_istと回転数NeからD(微分)補正量を算出し、これと前述のPI補正量STEP istとをステップ10において目標開度STEP solに加算した値をVNTstep1として演算する。
【0057】
ステップ11ではエンジン回転数Neと実過給圧Pm_istから所定のマップ(図示しない)を検索してリミッタ上下限値を求め、VNTstep1がこのリミッタ内にあればVNTstep1の値を、そうでない場合はリミッタ上下限値を指令開度VNTstepとして演算する。
【0058】
このようにして得られる可変ノズルの指令開度VNTstepは、図示しない所定のテーブルを検索することにより、ステップ数(可変ノズルアクチュエータとしてのステップモータ2cに与える制御量)に変換され、このステップ数により指令開度VNTstepとなるように、ステップモータ2cが駆動される。
【0059】
次に、EGR制御について、その制御の大まかなブロック図を図9に、詳細なフローチャートおよびそのフローに使うマップやテーブルを図11〜図34、図36〜図43に示す。
【0060】
ここで、コントロールユニット41で行われる制御方法はモデル規範制御(多変数入力制御系のモデルを用いた制御の一つ)である。このため、アクセル開度センサ33、クランク角センサ34、35、水温センサ36以外のセンサといえば、エアフローメータ55、このエアフローメータ55の近傍に設けた吸気温度センサ71および本実施形態で新たに設けた吸気圧センサ72だけで、制御上で必要となる各種のパラメータ(たとえば後述する排気圧など)はコントロールユニット41内ですべて予測演算することになる。なお、モデル規範制御のイメージは、図9の各ブロックが、その各ブロックに与えられた演算を、回りのブロックとの間でパラメータの授受を行いつつ瞬時に行うというものである。近年、モデル規範制御の理論的解析が急速に進んだことから、エンジン制御への適用が可能となり、現在、実用上も問題ないレベルにあることを実験により確認している。
【0061】
さらに詳述すると、▲1▼エアフローメータ55など、センサ検出値のサンプリングを一定時間毎に(図12ステップ1〜3、図16、図18参照)、▲2▼モデル規範制御におけるパラメータの演算を基本的にRef信号(クランク角の基準位置信号)の入力毎に(図12ステップ4〜7、図13、図14、図21、図22、図25、図31、図34、図36、図38、図41、図42参照)、▲3▼最終のアクチュエータへの出力を一定時間毎に実行する。なお、以下ではRef信号の入力毎のジョブであるところを、一定時間毎のジョブとして記載しているところもある(図11参照)。
【0062】
また、上記の▲2▼における各パラメータの演算は図10に示した順番で行う。図10において全ての処理を行うのに所用の時間がかかるということはなく、Ref信号の入力により全ての処理が一瞬にして終了する。同図において記号の後に付けた「n−1」は、前回値(つまり1Ref信号前に演算した値)であることを意味している。
【0063】
以下、図10に示した順番で各パラメータの演算を説明する。
【0064】
なお、EGR制御そのものは特願平10−31460号(以下「先願装置」という)によりすでに開示している。
【0065】
図11はシリンダ吸入新気量、燃料噴射量、シリンダ吸入ガス温度のサイクル処理のフローである。ステップ1でシリンダ吸入新気量Qac、燃料噴射量Qf、シリンダ吸入ガス温度Tnを読み込む。なお、シリンダ吸入新気量Qac、燃料噴射量Qf、シリンダ吸入ガス温度Tnの各演算についてはそれぞれ図12、図22、図21により後述する。
【0066】
ステップ2ではこれらQac、Qf、Tnを用いてQexh=Qac・Z−(CYLN#−1)、Qf0=Qf・Z−(CYLN#−2)、Tn0=Tn・Z−(CYLN#−1)の式によりサイクル処理を施すが、これらはエアフローメータ55の読み込みタイミングに対しての位相差に基づく補正を行うものである。ただし、CYLN#はシリンダ数である。たとえば4気筒エンジンでは、燃料の噴射は、エアフローメータの読み込みタイミングに対して180CA×(気筒数−2)ずれるので、シリンダ数から2引いた分だけディレイ処理を行う。
【0067】
図12はシリンダ吸入新気量Qacを演算するフローである。
【0068】
ステップ1ではエアフローメータ(AMF)55の出力電圧を読み込み、ステップ2でこの出力電圧からテーブル変換により吸気量を演算する。ステップ3では吸気脈動の影響をならすためこの吸気量演算値に対して加重平均処理を行う。
【0069】
ステップ4ではエンジン回転数Neを読み込み、ステップ5においてこの回転数Neと前記した吸気量の加重平均値Qas0とから、シリンダ吸入空気量(1吸気行程当たり)Qac0を、
【0070】
【数1】
Qac0=(Qas0/Ne)×KCON#
ただし、KCON#:定数、
の式により計算する。
【0071】
ステップ6ではこのQac0のn回演算分のディレイ処理を行い、このディレイ処理後の値Qac0・Z−nをコレクタ52a入口でのシリンダ新気量(1吸気行程当たり)Qacnとして算出する。これはエアフローメータ55からコレクタ52a入口までの吸入空気の遅れを考慮したものである。
【0072】
ステップ7では容積比Kvolと体積効率相当値の前回値Kinn−1を用い、上記のコレクタ52a入口のシリンダ新気量Qacnから
【0073】
【数2】
Qac=Qacn−1×(1−Kvol×Kinn−1)+Qacn×Kvol×Kinn−1
ただし、Qacn−1:Qacの前回値、
Kinn−1:Kinの前回値、
の式により遅れ処理を行ってシリンダ吸入新気量(1吸気行程当たり)Qacを求める。これはコレクタ52a入口からシリンダまでの吸入空気の遅れを考慮したものである。
【0074】
図13はシリンダ吸入EGR量Qecを演算するフローである。
【0075】
この演算内容は上記図12に示したシリンダ吸入新気量Qacの演算方法と同様である。ステップ1で後述(図36参照)のようにして求めるEGR(流)量Qeの前回値であるQen−1を読み込み、ステップ2でエンジン回転数Neを読み込む。
【0076】
ステップ4ではQen−1とNeと定数KCON#とからコレクタ52a入口でのシリンダ吸入EGR量(1吸気行程当たり)Qecnを
【0077】
【数3】
Qecn=(Qen−1/Ne)×KCON#
ただし、KCON#:定数、
の式により計算する。さらに、ステップ5でこのコレクタ入口52aでの値Qecnと容積比Kvol、体積効率相当値の前回値Kinn−1を用いて、
【0078】
【数4】
Qec=Qecn−1×(1−Kvol×Kinn−1)+Qecn×Kvol×Kinn−1
ただし、Qecn−1:Qecの前回値、
Kinn−1:Kinの前回値、
の式により遅れ処理を行ってシリンダ吸入EGR量(1吸気行程当たり)Qecを計算する。これはコレクタ52a入口からシリンダまでのEGRガスの遅れを考慮したものである。
【0079】
なお、先願装置では、EGR量Qeに対して、排気脈動の影響をならすため加重平均処理を行っていたが、本実施形態ではQeに対する加重平均処理を行っていない。これは、次の理由による。排気脈動の影響をならすためとはいえ、Qeの加重平均処理値を用いたのでは、その加重平均に伴う誤差を含めてシリンダ吸入EGR量Qecを演算することになる。そこで、本実施形態では、脈動を持ったQeのままでQecを演算することで、できるだけQecの演算精度を高めるようにしている。
【0080】
図14は体積効率相当値Kinを演算するフローである。
【0081】
ステップ1ではシリンダ吸入新気量Qac、シリンダ吸入EGR量Qec、吸気圧Pm、吸入ガス温度の前回値であるTnn−1を読み込み、このうちPmとTnn−1からステップ2で図15を内容とするマップを検索することによりガス密度ROUqcylを求め、このガス密度ROUqcylとシリンダガス重量Qcyl(=Qac+Qec)を用いてステップ3において
【0082】
【数5】
Kin=Qcyl/(Vc/ROUqcyl)
ただし、Vc:1シリンダ容積、
の式(体積効率の定義式)により体積効率相当値Kinを演算する。
【0083】
ここで、体積効率相当値Kinの演算方法は先願装置と異なっている(先願装置より簡単になっている)。これは、本実施形態では吸気圧センサ72を追加しているため、このセンサ検出値を用いれば体積効率を定義式より算出できるためである。これにより、本実施形態では、体積効率の演算について、適合工数を少なくすることができている。
【0084】
図16は吸気圧(コレクタ内)の演算(検出)のフローである。
【0085】
ステップ1で吸気圧センサ72の出力電圧Pm_vを読み込み、この出力電圧Pm_vよりステップ2において図17を内容とするテーブルを検索することにより圧力Pm_0に変換し、この圧力値に対してステップ3で加重平均処理を行い、その加重平均値Pm1を吸気圧Pmとして演算する。
【0086】
吸気圧センサが設けられていなかった先願装置と相違して、本実施形態では、吸気圧センサが設けられているため、吸気圧Pmの演算が簡単になっている。
【0087】
ここで、吸気圧センサを新たに追加した理由は次の通りである。先願装置ではターボチャージャが可変容量型でなかったのに対して、本実施形態のターボチャージャは可変容量型であるため、ノズル開度が未知数(自由度)として新たに加わり、先願装置より未知数が1だけ増えることになった。そこで、未知数を先願装置と同じにするため、吸気圧センサ72を設けたものである(先願装置では吸気圧も未知数であるが、本実施形態では吸気圧は未知数でない)。
【0088】
図18は吸入新気温度Taを演算するフローである。
【0089】
ステップ1で吸気温度センサ71の出力電圧Ta_vを読み込み、この出力電圧Ta_vよりステップ2において図17と同様の特性を内容とするテーブルを検索することにより温度Ta0に変換する。
【0090】
ステップ3では吸気温度センサ71がインタークーラ3の上流側と下流側のいずれに装着されているかをみる。
【0091】
図1のように、吸気温度センサ71がインタークーラ3の上流側にある場合はステップ4に進み、吸気圧の前回値であるPmn−1に基づいて圧力補正係数Ktmpiを、Ktmpi=Pmn−1×PA#の式より計算する。ただし、PA#は定数である。
【0092】
そして、ステップ5ではこの圧力補正係数Ktmpiに基づいてコレクタ52a入口での吸入新気温度Taを、
【0093】
【数6】
Ta=Ta0×Ktmpi+TOFF#
ただし、TOFF#:定数、
の式(近似式)により計算する。この計算は、熱力学の法則による温度変化予測演算である。
【0094】
吸気温度を車速や吸気量等により補正してもよい。このときは、図19、図20に示した特性を内容とするテーブルを予め作成しておき、車速と吸気量(Qas0)から各テーブルを検索することにより、吸気温度の車速補正値Kvsp、吸気温度の吸気量補正値Kqaを求め、上記の数7式に代えて、
【0095】
【数7】
Ta=Kvsp×Kqa×Ta0×Ktmpi+TOFF#
の式により吸入新気温度Taを求めればよい。
【0096】
一方、インタークーラ3の下流側に吸気温度センサが装着されている場合は、過給による温度上昇も、インタークーラによる温度低下のいずれも織り込み済みとなるので、ステップ6に進み、Ta0の値をそのまま吸入新気温度Taとした後、処理を終了する。
【0097】
図21はシリンダ吸入ガス温度Tnを演算するフローである。ステップ1でシリンダ吸入新気量Qacと吸入新気温度Taとシリンダ吸入EGR量Qecと排気温度の前回値であるTexhn−1を読み込み、このうちステップ2において排気温度の前回値Texhn−1にEGR通路54での排気温度低下係数Ktlosを乗じてシリンダ吸入EGRガス温度Teを算出し、ステップ3では
【0098】
【数8】
Tn=(Qac×Ta+Qec×Te)/(Qac+Qec)
の式によりシリンダ吸入新気とシリンダ吸入EGRガスの平均温度を求めてこれをシリンダ吸気温度Tnとする。
【0099】
図22は燃料噴射量Qfを演算するフローである。ステップ1でエンジン回転数Neとコントロールレバー開度(アクセルペダル開度により定まる)CLを読み込み、ステップ2でこれらNeとCLから図23を内容とするマップを検索して基本燃料噴射量Mqdrvを求める。
【0100】
ステップ3ではこの基本燃料噴射量に対してエンジン冷却水温等に基づいて各種の補正を行い、この補正後の値Qf1に対してさらにステップ4で図24を内容とするマップに基づいて、燃料噴射量の最大値Qf1MAXによる制限を行い、制限後の値を燃料噴射量Qfとして演算する。
【0101】
図25は排気温度Texhを演算するフローである。ステップ1、2では燃料噴射量のサイクル処理値Qf0とシリンダ吸入ガス温度のサイクル処理値Tn0を読み込む。さらに、ステップ3で排気圧の前回値であるPexhn−1を読み込む。
【0102】
ステップ4では燃料噴射量のサイクル処理値Qf0から図26を内容とするテーブルを検索して排気温度基本値Texhbを求める。
【0103】
ステップ5では前記した吸入ガス温度のサイクル処理値Tn0から排気温度の吸気温度補正係数Ktexh1を、Ktexh1=(Tn0/TA#)KN#(ただし、TA#、KN#は定数)の式により、またステップ6では排気温度の排気圧力補正係数Ktexh2を、排気圧の前回値Pexhn−1からKtexh2=(Pexhn−1/PA#)(#Ke−1)/#Ke(ただし、PA#、#Keは定数)の式によりそれぞれ計算する。これら2つの補正係数Ktexh1、Ktexh2はテーブル検索により求めてもかまわない(図27、図28参照)。
【0104】
次に、ステップ7ではスワール弁の開度位置(全開か全閉かの2位置)とエンジン回転数Neから図29を内容とするテーブルを検索することにより排気温度のスワール補正係数Ktexh3を、ステップ8では指令開度VNTstepと排気量Qexhとから図30を内容とするマップを検索することにより排気温度のノズル開度補正係数Ktexh4をそれぞれ求める。
【0105】
そして、ステップ9では、排気温度基本値Texhbに4つの各補正係数Ktexh1、Ktexh2、Ktexh3、Ktexh4を乗じて排気温度Texhを計算する。
【0106】
ここで、本実施形態では、先願装置にない2つの補正係数Ktexh3、Ktexh4を新たに導入したので、本実施形態のほうが排気温度Texhの演算精度が向上する。排気温度Texhの演算精度を向上させるようにしたのは、次の理由からである。図34のフローで後述するように、排気温度Texhは排気圧Pexhの演算に用いられる。したがって、排気温度Texhの演算精度の向上が排気圧Pexhの演算精度の向上に結びつくので、排気圧Pexhの演算精度の向上を図るため、新たに2つの補正係数Ktexh3、Ktexh4を導入したものである。
【0107】
なお、図25の処理は、熱力学の式から導かれる下式を近似したものである。
【0108】
【数9】
図31は可変ノズル2dの有効面積相当値Avntの演算フローである。ステップ1では指令開度VNTstep、総排気重量Qtotal(=Qas0+Qf)、排気温度Texhを読み込む。
【0109】
このうち総排気重量Qtotalと排気温度Texhからステップ2で
【0110】
【数10】
Wexh=Qtotal×Texh/Tstd [m3/sec]
ただし、Tstd:標準大気温度、
の式により排気流速相当値Wexhを算出する。
【0111】
ステップ3では、この排気流速相当値Wexhの平方根をとった値から図32を内容とするテーブルを検索して摩擦損失ξfricを演算する。ステップ4では指令開度VNTstepと総ガス重量Qtotalから図33を内容とするマップを検索してノズル損失ξconvを演算する。そして、これら2つの損失ξfric、ξconvをステップ5において指令開度VNTstepに乗算して、つまり
【0112】
【数11】
Avnt= VNTstep×ξfric×ξconv
の式により可変ノズルの有効面積相当値Avntを演算する。
【0113】
図34は排気圧(タービン入口圧)Pexhの演算のフローである。
【0114】
ステップ1では吸気量の加重平均値Qas0、燃料噴射量Qf、有効面積相当値Avnt、排気温度Texh、大気圧(コンプレッサ入口圧)Paを読み込み、これらのパラメータを用い、ステップ2において
【0115】
【数12】
Pexh0=Kpexh×{(Qas0+Qfuel)/Avnt}2×Texh+Pa
ただし、Kpexh:定数、
の式により排気圧Pexh0を演算し、この排気圧に対してステップ3で加重平均処理を行い、その加重平均値を排気圧Pexhとして求める。
【0116】
ここで、上記の有効面積相当値Avntと排気圧Pexh0の各演算方法は、次のようにして得たものである。
【0117】
〈1〉流路面積が縮小する場合の流れの基礎式
図44のように緩やかに断面積が縮小する管内を流れる理想流体を考える。
【0118】
流体の圧力、流速、面積、比重をそれぞれP、w、A、ρとし、入口を添字1、出口を添字2とし、入口と出口の断面についてベルヌイ(Bernoulli)の定理を適用すると、
w1 2/2+P1/ρ=w2 2/2+P2/ρ ・・・(1a)
また、連続の式より
A1×w1=A2×w2 ・・・(1b)
したがって、両式からw1を消去すると、
w2=1/{1−(A2/A1)2}1/2×{2(P1−P2)/ρ}1/2[m/sec] ・・・(2)
単位時間に流れる流量Qは、連続の式より一定であるから、
の式より表すことができる。
【0119】
(3)式の右辺の1/{1−(A2/A1)2}1/2を効率ηnとおくと、次の流れの基礎式を得る。
【0120】
Q=ηn×A2×{2ρ×(P1−P2)}1/2 ・・・(4)
〈2〉ターボチャージャの状態方程式
次に、ターボチャージャ2でのコンプレッサ2bと仕事の釣合いの関係を調べる。なお、以下で使用する記号は図45の通りである。
【0121】
コンプレッサ2bの実効仕事率Lcは、
Lc=Qas0×Wc/ηc [W] ・・・(5)
ただし、Qas0:吸入新気重量流量[kg/sec]、
Wc:コンプレッサ理論仕事[J/kg]、
ηc:コンプレッサ効率相当値。
【0122】
また、タービン2aの実効仕事率Ltは、
Lt=ηt×Qtotal×Wt [W] ・・・(6)
ただし、Qtotal:総排気重量流量[kg/sec]、
Wt:タービン理論仕事[J/kg]、
ηt:タービン効率相当値。
【0123】
タービン2aとコンプレッサ2bは軸を介して直結されているので、コンプレッサ2bとタービン2aの実仕事率Lc、Ltが等しいとおけば(軸受けのフリクションは効率に含まれる)、ターボチャージャ2の状態方程式として次式を得る。
【0124】
〈3〉流路面積が縮小する場合の排気圧予測式の検討
(7)式の左辺に上記の(4)式を適用して、
ただし、Avnt:可変ノズルの有効面積相当値、
Pexh:排気圧、
Pa:大気圧相当値、
ρe:排気の密度、
VNTstep:指令開度、
ηn:効率(損失分)、
の式を得る。
【0125】
(8a)式を排気圧Pexhについて整理すると、
ここで、排気密度ρeは理論式によれば
ρe=ρstd×(Ta/Texh)×(Pexh/Pa) ・・・(10)
ただし、ρstd:標準大気の密度(≒1.1679g/cm3)、
Ta:コンプレッサ入口温度、
Texh:排気温度、
Pexh:排気圧、
Pa:大気圧、
であるが、この理論式では排気密度ρeを求めるのに排気圧Pexhを用いることになって具合が悪いので、
ρe≒ρstd×(Ta/Texh)=Tstd/Texh ・・・(11)
ただし、Tstd:標準大気の温度(≒298.15K)、
の近似式を用いる。近似できる理由は、排気圧Pexhが高くなれば、排気温度Texhも高くなるので、排気圧Pexhの変化分を排気温度Texhに含めて考えることができるからである。
【0126】
したがって、(11)式を(9)式に代入することにより、次の式を得る。
【0127】
ただし、Kpexh:定数。
【0128】
ここで、(12a)式右辺のコンプレッサ理論仕事Wcとタービン理論仕事Wtは次式で与えられる。
【0129】
【数13】
さて、(12a)式より、排気圧Pexhの演算式が求められたが、(12a)式中のη
c、ηt、Wc、Wtの演算は複雑であり(ECUの能力が要る)、また、(14)式ではこれから求めようとする排気圧Pexhを知る必要があるので、さらに考える。
【0130】
いま、総排気重量Qtotalと吸入新気量Qas0および燃料噴射量Qf(単位はすべて[kg/sec]とする)の間には次の関係がある。
【0131】
Qtotal=Qas0+Qf ・・・(15)
(15)式の左辺に上記の(4)式を適用して、
Avnt×{2×ρe×(Pexh−Pa)}1/2=Qas0+Qf ・・・(16a)
Avnt=ηn×VNTstep ・・・(16b)
(16a)式の両辺を2乗して排気圧Pexhについて整理すると、次式が得られる。
【0132】
Pexh={(Qas0+Qf)/Avnt}2×(1/ρe)+Pa ・・・(17)
ここでも、上記の排気密度ρeの近似式である(11)式を(17)式に代入することにより、次の最終式を得る。
【0133】
ただし、Kpexh:定数。
【0134】
(18a)式は上記の(12a)式と等価であり、(18a)式による排気圧Pexhの演算式には、コンプレッサ2b、タービン2aの理論仕事の比(Wc/Wt)と各々の効率の積(ηc×ηt)が含まれており、(18a)式を用いれば、ターボチャージャ2の理論仕事Wc、Wtと効率ηc、ηtが未知であっても考慮したことになる。ゆえにあとは、可変ノズル2dを流れるガスの効率ηnを求めればよい。
【0135】
〈4〉ノズルを流れるガスの効率ηn
効率ηnを含んだ可変ノズル2dの有効面積相当値Avntは上記の(8b)式、(16b)式で与えられるが、さらに効率ηnは次式で表すことができる。
【0136】
ただし、ξconv:ノズル損失、
ξfric:摩擦損失。
【0137】
(19)式においてノズル損失ξconvは、ノズル開度毎に決まる損失であり、縮まり管の場合、(3)式からわかるように1/{1−(A2/A1)2}1/2が効率になる。
【0138】
しかしながら、流速の変化が大きい場合、1/{1−(A2/A1)2}1/2の値をそのままノズル損失ξconvとみなすと、実際のノズル損失と合わないことが多いので、ノズル開度に対する効率のテーブルを持たせることで記述している(図33参照)。
【0139】
また、(19)式の摩擦損失ξfricは、ノズル内部の流れを層流とみなすとハーゲンポアズイユ(Hagen−Poiseuille)の式が成り立ち、流速の平方根に摩擦損失ξfricが比例する。そこで、
Wexh=Qtotal/ρe ・・・(20)
の式により体積流量相当値Wexhを算出し、これの平方根を排気流速として、これにより摩擦損失ξfricを検索する(図32参照)。
【0140】
ここでも、排気密度ρeの近似式である(11)式を(20)式に代入して、
このようにして、(19)式によりノズル有効面積相当値Avntを演算し、このAvntのほか、Qas0、Qf、Texh、Pa を用いて、(18a)、(18b)式により排気圧Pexhを予測するようにしたわけである。排気圧の実測値と予測値の相関を調べた実験結果を図35に示す。同図より、予測値でも十分な精度があることがわかる。
【0141】
次に、図36はEGR(流)量Qeを演算するフローである。ステップ1では上記した吸気圧Pm、排気圧Pexh、EGR弁実開度としてのEGR弁実リフト量Liftsを読み込む。あるいは、ステップモータのように目標値を与えれば実際のEGR弁リフト量が一義に決まる場合は、目標EGR弁リフト量でもよい。
【0142】
ステップ2では、このEGR弁実リフト量Liftsから図37を内容とするテーブルを検索して、EGR弁57の開口面積相当値Aveを求める。
【0143】
そして、ステップ3において、EGR流量Qeを、これら吸気圧Pmと排気圧Pexh、EGR弁57の開口面積相当値Aveとから、
【0144】
【数14】
Qe=Ave×{(Pexh−Pm)×KR#}1/2
ただし、KR#:補正係数(定数)、
の式により計算する。
【0145】
図38は目標EGR率Megrを演算するフローである。ステップ1でエンジン回転数Ne、燃料噴射量Qf、シリンダ吸入ガス温度Tnを読み込み、このうちNeとQfとから図39を内容とするマップを検索して、目標EGR率基本値Megr0を求める。ステップ3ではシリンダ吸入ガス温度Tnから図40を内容とするテーブルを検索して目標EGR率補正値Hegrを求め、この目標EGR率補正値Hegrを目標EGR率基本値Megr0に乗ずることによって目標EGR率Megrを計算する。
【0146】
図41は要求EGR(流)量Tqeの演算フローである。ステップ1でエンジン回転数Ne、目標EGR率Megr、シリンダ吸入新気量Qac、燃料噴射量のサイクル処理値Qf0を読み込み、このうちシリンダ吸入新気量Qacに目標EGR率Megrをステップ2において乗ずることで目標吸入EGR量Mqecを計算する。
【0147】
ステップ3ではこの目標吸入EGR量Mqecに対して、Kin×Kvolを加重平均係数として
【0148】
【数15】
Rqec=Rqecn−1×(1−Kin×Kvol)+Mqec×Kin×Kvol
ただし、Rqecn−1:Rqecの前回値、
の式により中間処理値(加重平均値)Rqecを演算し、この中間処理値Rqecと上記の目標吸入EGR量Mqecを用いてステップ4で
【0149】
【数16】
Tqec=Mqec×GKQEC+Rqecn−1×(1−GKQEC)
ただし、Rqecn−1:Rqecの前回値、
GKQEC:進み補償ゲイン、
の式により進み処理を行って目標シリンダ吸入EGR量Tqecを求める。要求値に対して吸気系の遅れ(すなわちEGR弁57→コレクタ52a→吸気マニホールド→吸気弁の容量分の遅れ)があるので、ステップ3、4ではこの遅れ分の進み処理を行うものである。
【0150】
ステップ5ではこの目標シリンダ吸入EGR量Tqecから、
【0151】
【数17】
Tqe=(Tqec/Ne)×KCON#
ただし、KCON#:定数、
の式により単位変換(1シリンダ当たり→単位時間当たり)を行って、要求EGR量Tqeを計算する。
【0152】
図42は指令EGR弁開度としての指令EGR弁リフト量Lifttを演算するフローである。ステップ1では吸気圧Pm、排気圧Pexh、要求EGR量Tqeを読み込む。ステップ2ではEGR弁57の要求開口面積Tavを、
【0153】
【数18】
Tav=Tqe/{(Pexh−Pm)×KR#}1/2
ただし、KR#:補正係数(定数)、
の式(流体力学の法則)で計算する。
【0154】
ステップ3ではこのEGR弁57の要求開口面積Tavより図43を内容とするテーブルを検索して目標EGR弁開度としてのEGR弁目標リフト量Mliftを求め、この目標リフト量Mliftに対して、ステップ4において、EGR弁57の作動遅れ分の進み処理を行い、その進み処理後の値を指令EGR弁リフト量Lifttとして求める。
【0155】
このようにして求められた指令EGR弁リフト量Lifttが図示しないフローによりステップモータ57aへと出力され、EGR弁57が駆動される。
【0156】
これでEGR制御の説明を終了する。
【0157】
このように、本発明の実施形態では、吸気量(の加重平均値)Qas0、燃料噴射量Qf、可変ノズルの有効面積相当値Avnt、排気温度Texhの4つの要素からダイレクトにかつ簡単な上記の数12式を用いて排気圧Pexhを演算できることになったので、可変容量ターボチャージャを備える場合においても、過渡時に応答遅れなく排気圧を推定できる。
【0158】
また、有効面積相当値Avntを、可変ノズル2dを流れるガスの効率ηnと可変ノズル2dを駆動するステップモータ2cに与える指令開度VNTstepとの積で与えるようにしたので、可変ノズル2dを流れるガスの効率ηnを考慮できる。
【0159】
また、可変ノズル2dを流れるガスの効率ηnは摩擦損失ξfricとノズル損失ξconvの積としたので、摩擦損失とノズル損失を別個に考慮できる。
【0160】
また、摩擦損失ξfricを、排気流速相当値Wexhの平方根に比例する値で与えるようにしたので、排気流速が相違しても、摩擦損失ξfricを精度よく与えることができる。
【0161】
また、流速の変化が大きい場合、縮まり管に対する損失(上記(3)式の1/{1−(A2/A1)2}1/2の値)をそのままノズル損失とみなすと、実際のノズル損失と合わないことが多いのであるが、本実施形態ではノズル損失ξconvを、指令開度VNTstepと総排気重量Qtotalに応じた値としたので、流速の変化が大きい場合にも実際のノズル損失とよく合致させることができる。
【0162】
また、指令開度VNTstepと排気量Qexhに応じて排気温度のノズル開度補正係数Ktexh4を演算し、この補正係数Ktexh4で排気温度基本値Texhbを補正するようにしたので、排気温度Texhの演算精度が向上し、この向上分だけ排気圧Pexhの演算精度が向上する。同様にして、吸気ポートにスワール弁を備える場合には、このスワール弁の開度位置とエンジン回転数Neに応じて排気温度のスワール補正係数Ktexh3を演算し、この補正係数Ktexh3で排気温度基本値Texhbを補正するようにしたので、吸気ポートにスワール弁を備える場合にも排気温度Texhの演算精度が向上し、この向上分だけ排気圧Pexhの演算精度が向上する。
【0163】
なお、排気圧(タービン入口圧)の演算式は上記の数12式に限られるものでない。これを図46の演算フローで説明すると、このフローは図34に置き換わるものである。
【0164】
図34では、ノズル2dを通過するガスの流れを、流路面積が縮小する場合の流れである(図44参照)と仮定して排気圧を演算したのに対して、図46は、ノズルを通過するガスの流れを、理想気体が断熱変化して流動する場合の流れ(図48参照)と仮定して求めるものである。図46において具体的には、ステップ11で
【0165】
【数19】
Pexhr=Kpexhn×{(Qas0+Qfuel)/Avnt}2×Texh
ただし、Kpexhn:定数、
の式によりタービン入口排気圧相当値Pexhrを演算し、このPexhrと大気圧Paからステップ12において図47を内容とするマップを検索することにより排気圧Pexh0を求める。後は、図34と同じであり、このPexh0に対してステップ3で加重平均処理を行い、その加重平均値を排気圧Pexhとして求める。
【0166】
ここで、どのようにして数19式の排気圧の演算方法を得たかを次に説明する。
【0167】
〈5〉先細ノズルの場合の流れの基礎式
タービンノズルを通過する通過する流れを考察すると、外部との熱の出入りや仕事がほとんどないため、流体の持つエネルギは、内部エネルギの減少分が運動エネルギと押し出し仕事に変化すると考えられる。また、エンジンの排気は、低圧・高温なので理想気体とみなせる。したがって、タービンノズルを通過する排気の流れは、「理想気体が断熱変化をして流動する」と考えることができる。
【0168】
さて、タービンノズルのような先細ノズルにおいて、図48に示したように、圧力、比容積、流速、面積、温度、比熱比、気体定数をそれぞれ、P、v、w、A、T、κ、Rとし、入口を添字1、出口を添字2とすると、
【0169】
【数20】
である。また、定常流動のエネルギ基本式から、次式が成り立つ。
【0170】
【数21】
数19式に(31)式を代入して、
【0171】
【数22】
あるいはP1V1=RT1から、
【0172】
【数23】
先細ノズルでは、入口流速w1は出口流速w2に比べてきわめて小さいので省略すると、ノズル出口端の速度w2は次式で与えられる。
【0173】
【数24】
ノズルの各断面を単位時間に流れる流量Qは、連続の式より一定であるから、
Q=A2×w2/v2=ρe×A2×w2[kg/sec] ・・・(33)
である。また、ノズル内を流れる流体は理想気体で断熱変化するものとみなしているから、上記の(31)式より、
【0174】
【数25】
である。
【0175】
(33)式に(32)式と(34)式を代入すると、
【0176】
【数26】
(35)式が先細ノズルの場合の流れの基礎式である。
【0177】
〈6〉先細ノズルの場合の排気圧予測式の検討
図45を参照する。(15)式から
Qas0+Qf=Qtotal[kg/sec] ・・・(36)
である。この(36)式の右辺に、面積が縮小するノズルの流れの式である上記の(35)式を適用して、
【0178】
【数27】
の式を得る。
【0179】
ここで、タービン入口排気圧相当値Pexhrを、
【0180】
【数28】
とおくと、(37a)式は
となるので、(39)式をタービン入口排気圧相当値Pexhrについて整理すると、次式が得られる。
【0181】
Pexhr=(1/(2×ρe))×(κe/(κe−1))×{(Qas0+Qf)/Avnt}2[Pa] ・・・(40)
ここでも、排気密度ρeの近似式である(11)式を(40)式に代入することにより、次の最終式を得る。
【0182】
Pexhr=Kpexhn×{(Qas0+Qf)/Avnt}2×Texh[Pa]・・・(41a)
Kpexhn=(1/(2×ρe))×(κe/(κe−1)) ・・・(41b)
ただし、Kpexhn:定数。
【0183】
さて、上記の数12式のように、ノズルを通過するガスの流れを、流路面積が縮小する場合の流れであると仮定して排気圧を演算するものでは、標準状態(298K、0.1MPa)において排気圧の高い演算精度が得られるのであるが、実験によると、標準状態と異なる場合(たとえば高地、標準温度より温度が高い場合、湿度が標準状態と異なる場合など)に、排気圧の演算精度が低下することがわかっている。これは、数12式が比重の変化を考慮してはいるが、まだ正確でないためと思われる。
【0184】
これに対して、ノズルを通過するガスの流れを、理想気体が断熱変化して流動する場合の流れであると仮定して求めた第4実施形態によれば、演算式により単位時間当たりの流量と圧力(つまり比重の変化)が正確に記述できているので、標準状態と異なる気圧や温度の状態においても、排気圧の高い演算精度が得られることになった。
【0185】
しかもマッチングしなければならない図47の特性は、図示のように単純なものであるため、ほとんど計算だけで足り(マッチングの必要なし)、机上のみの計算でも排気圧の演算精度は高いのである(実験により確認している)。
【0186】
さて、EGR装置と可変容量ターボチャージャをエンジンに備え、前述したモデル規範制御を用いたEGR制御と上記の過給圧制御とを行うとともに、手動変速機を備える車両を用いて発進加速を行ったとき、この車両においては発進加速直後に燃焼騒音とスモークが一時的に増えること、また加速途中の変速中には燃焼騒音が一時的に増えることを見い出した。そこで、これを解析するため、エンジン回転数を一定に保ったまま、燃料噴射量をステップ的に増大し、一定期間のあとにステップ的に燃料噴射量を減少させる実験を行った。このときの実験結果をモデル的に示したのが図49である。同図において、燃料噴射量Qfがステップ的に増加するt1のタイミングが発進加速時に、燃料噴射量Qfがステップ的に減少するt2のタイミングが加速途中の変速中に対応する。
【0187】
なお、t2のタイミングが加速途中の変速中に対応するのは次の理由からである。手動変速機を備える車両でたとえばギア位置を1速にした状態でアクセルペダルを踏み込んで加速(発進加速)を行い、そのあとギア位置を2速に入れ換えるにはそれまで踏み込んでいたアクセルペダルから足を離してクラッチペダルに移し、クラッチペダルを踏み込んでクラッチを切らなけれならない。このクラッチ切断の過程でアクセルペダル開度が減少し、このアクセルペダル開度の減少に対応して燃料供給量が減少するわけである。ただし、本発明は手動変速機を備える車両に限定されるものでなく、自動変速機を備える車両においてもt2のタイミングが加速途中の変速中に対応する。自動変速機を備える車両では、変速時に変速ショックを和らげるため、燃料噴射量を減量する指令が出るからである。
【0188】
以下、(1)発進加速直後と(2)加速途中の変速中に分けて解析する。
(1)発進加速直後:
負荷増大によって排気圧Pexhが応答よく上昇するのに対してターボチャージャ2の作動遅れによって吸気圧Pmのほうは遅れて上昇するため、吸気圧Pmと排気圧Pexhの差圧ΔP(=Pexh−Pm)が第5段目のように増大し、これによって実EGR流量(数13式により演算されるQe)が、第3段目一点鎖線のように一時的に増加し、その後に増加後の燃料噴射量Qfに対応するEGR流量へと一次遅れで収束する。このターボチャージャ2の作動遅れに伴う一時的なEGR流量の増加で低温予混合燃焼を維持できなくなる。燃焼状態が拡散燃焼を主体とする通常のディーゼル燃焼に移行し、燃焼騒音(1kHzバンドのCPL)とスモーク(ISF)が増大するのである。
(2)加速途中の変速中:
負荷減少によって排気圧Pexhが応答よく減少するのに対してターボチャージャ2の作動遅れで吸気圧Pmが遅れて減少するため、差圧ΔPが第5段目のように減少し、これによって実EGR流量が一時的に減少し、そのあとは減少後の燃料噴射量Qfに対応するEGR流量へと一次遅れで収束する。このターボチャージャ2の作動遅れに伴う一時的なEGR流量の減少によっても燃焼状態が低温予混合燃焼から拡散燃焼を主体とする通常のディーゼル燃焼に移行してしまい、燃焼騒音が増大するのである。
【0189】
そこでコントロールユニット41では、上記(1)の場合、つまり実過給圧(=吸気圧)が目標過給圧より小さくかつ実EGR流量が目標EGR流量より大きい場合に、コモンレール圧力(燃料噴射圧力)を増大補正し、かつ噴射時期を遅角補正する。コモンレール圧力を増大させることで、燃料噴霧の微粒化を促進させてスモークを低減し、かつ噴射時期を遅角して着火遅れ期間を増大させることで、燃料と空気の混合を促進させた後に燃焼させ、これによって低温予混合燃焼を維持させ、燃焼騒音とスモークをともに抑制するのである。
【0190】
また、(2)の場合、つまり実過給圧が目標過給圧より大きくかつ実EGR流量が目標EGR流量より小さい場合に、コモンレール圧力を減少補正し、かつ噴射時期を遅角補正する。コモンレール圧力を減少させることで、燃料噴霧の微粒化を鈍化させて燃焼を緩慢にする(酸素量が十分なのでスモークは悪化しない)とともに、燃料噴射時期を遅角して着火遅れ期間を増大させることで、燃料と空気の混合を促進させた後に燃焼させることにより、この場合も低温予混合燃焼を維持させ、これによって燃焼騒音を抑制するのである。
【0191】
これをまとめたのが図50の表図で、同図において右上欄が上記(1)の場合に、左下欄が上記(2)の場合に対応する。
【0192】
この場合、実過給圧と目標過給圧の比較結果および実EGR流量と目標EGR流量の比較結果の組み合わせによれば、次の(3)、(4)の場合が考えられるので、この(3)、(4)の場合に対しては、次のようにコモンレール圧力および噴射時期を制御する。
(3)実過給圧が目標過給圧より大きくかつ実EGR流量が目標EGR流量より大きい場合:
上記(2)の場合よりコモンレール圧力の減少補正量および噴射時期の遅角補正量を小さくする(図50の右下欄に対応)。
(4)実過給圧が目標過給圧より小さくかつ実EGR流量が目標EGR流量より小さい場合:
上記(1)の場合よりコモンレール圧力の増大補正量および噴射時期の遅角補正量を小さくする(図50の左上欄に対応)。
【0193】
ここで、(3)や(4)の場合は、実EGR流量がオーバーシュートする応答の場合に対処するためのものである。たとえば、加速途中の変速中のEGR流量の変化を図51にモデル的に示すと、実EGR流量の通常の応答の場合には、上記(2)の場合のコモンレール圧力および噴射時期の制御で対処した。しかしながら、実EGR流量が目標値を超えてオーバーシュートする応答(図ではゲイン過多の応答)の場合に、実EGR流量が目標EGR流量を上回るt3からt4までの区間においても(2)の場合の制御を行ったのでは、コモンレール圧力の減少補正量および燃料噴射時期の遅角補正量が大き過ぎることになるので、各補正量を小さくするため、(3)の場合の制御を行うのである。
【0194】
コントロールユニット41で行われる上記の制御を次に詳述する。
【0195】
図52はコモンレール圧力補正量K Prailの演算フローで、10msec毎に実行する。
【0196】
ステップ1でエンジン回転数Ne、燃料噴射量Qf、シリンダ吸入EGR量Qec(図13により演算)、目標シリンダ吸入EGR量Tqec(図41ステップ4で演算)、実過給圧Pm、目標過給圧TPmを読み込む。
【0197】
ここでは、実EGR流量としてシリンダ吸入EGR量Qecを、その目標値として目標シリンダ吸入EGR量Tqecを用いたが、実EGR流量Qe(図36により演算)とこれに対応する目標値としての要求EGR流量Tqe(図41参照)を用いてもかまわない。なお、実過給圧Pm_ist(センサ72により検出)は吸気圧Pmに等しいので、符号としてはPmを用いている。また、目標過給圧Pm_solは図4のステップ4で演算されているが、Pmという符号に対応してTPmという符号を用いる。
【0198】
ステップ2ではシリンダ吸入EGR量Qecと目標シリンダ吸入EGR量Tqecとの差dQec、実過給圧Pmと目標過給圧TPmとの差dPmを演算し、これらの差dQec、dPmからステップ3で図53を内容とする2つのテーブルのいずれかを検索することにより、コモンレール圧力補正量の基本値KQB Pを演算する。
【0199】
また、エンジン回転数Neと燃料噴射量Qfからステップ4で図54を内容とするマップを検索することにより補正ゲインとしての運転条件反映係数KQC Pを演算し、この係数KQC Pと上記の基本値KQB Pとを用いステップ5において、
【0200】
【数18】
K Prail=KQB P×KQC P
の式によりコモンレール圧力補正量K Prailを演算する。
【0201】
ここで、基本値KQB Pは図50で前述したコモンレール圧力補正量を与えるものである。すなわちKQB Pの値は、TPm>PmかつQec>Tqecの場合(上記(1)の場合)に、dQecに比例して大きくなり(図53右図参照)、TPm<PmかつQec<Tqecの場合(上記(2)の場合)に、dQecに比例して負で大きくなる値である(図53左図参照)。また、TPm>PmかつQec<Tqecの場合(上記(3)の場合)に上記(2)の場合より直線の傾きを緩やかに(図53右図参照)、同様にしてTPm<PmかつQec>Tqecの場合(上記(4)の場合)に上記(1)の場合より直線の傾きを緩やかにしている(図53左図参照)。
【0202】
図54においては、Aが低温予混合燃焼域、Cが拡散燃焼を主体とする通常のディーゼル燃焼域、Bが両者の中間の領域で、燃焼騒音は特にBの領域においいて顕著であることから、Bの領域でKQC Pを最大の1.0としている。
【0203】
Aの領域でKQC P=0.8としているのは、この領域ではEGR流量、過給圧とも応答が遅いため、補正ゲインが大きいとハンチングの可能性があるので、このハンチング防止のため補正ゲインを小さくしているものである。
【0204】
またCの領域でKQC P=0.6としているのは、次の理由からである。この領域はEGRを中止しかつ高過給圧の領域であるため、原則的には補正する必要のない領域である。しかしながら、KQC Pの値は、最終的には適合によって定めることになるので、Cでの値が必要な場合も生じる。そこで、Cの領域でも値を入れることができるようにしている(0.6は仮の値)。
【0205】
図55は噴射時期補正量K ITの演算フローである。
【0206】
ステップ1、2は図52のステップ1、2と同じである(シリンダ吸入EGR量Qecと目標シリンダ吸入EGR量Tqecとの差dQec、実過給圧Pmと目標過給圧TPmとの差dPmを演算する)。
【0207】
ステップ3ではこれらの差dQec、dPmから図56を内容とする2つのテーブルのいずれかを検索することにより、噴射時期補正量の基本値KQB ITを、またエンジン回転数Neと燃料噴射量Qfからステップ4で図57を内容とするマップを検索することにより、補正ゲインとしての運転条件反映係数KQC ITを演算し、これら運転条件反映係数KQC IT、基本値KQB ITを用いステップ5において
【0208】
【数19】
K IT=KQB IT×KQC IT
の式により噴射時期補正量K_ITを演算する。
【0209】
ここで、基本値KQB ITは図50で前述した料噴射時期の遅角補正量を与えるものである。すなわち、基本値KQB ITはTPm>PmかつQec>Tqecの場合(上記(1)の場合)に、dQecに比例してKQB ITの値が負で大きくなり(図56右図参照)、TPm<PmかつQec<Tqecの場合(上記(2)の場合)に、dQecに比例してKQB ITの値が負で大きくなる(図56左図参照)値である。また、TPm>PmかつQec<Tqecの場合(上記(3)の場合)に上記(2)の場合より直線の傾きを緩やかに(図56右図参照)、同様にしてTPm<PmかつQec>Tqecの場合(上記(4)の場合)に上記(1)の場合より直線の傾きを緩やかにしている(図56左図参照)。
【0210】
なお、基本値KQB ITを負の値で与えるのは、図65のステップ7で後述するように補正量K ITを目標噴射時期TIT0に加算した値を目標噴射時期TIT1として求めており、この場合の目標噴射時期は所定のクランク角位置から進角側に測った値(進角量)であるため、遅角補正するには補正量K ITを負の値で与える必要があるからである。
【0211】
図57においてAの領域でKQC P=0.8とし、またCの領域でKQC P=0.6としているのは図54と同様の理由によるものである。
【0212】
図58は目標コモンレール圧力TPrailの演算フローである。
【0213】
ここで、ステップ7において上記のコモンレール圧力補正量K Prailを用いてコモンレール圧力を補正している点が従来と異なる点で、残りは従来と同様である。
【0214】
詳細にはステップ1でエンジン回転数Ne、燃料噴射量Qf、大気圧(コンプレッサ入口圧)Pa、冷却水温Tw、吸入新気温度Ta(図18により演算)、実コモンレール圧力Prail(センサ32により検出)に加えてコモンレール圧力補正量K Prailを読み込み、このうちエンジン回転数Neと燃料噴射量Qfからステップ2において図59を内容とするマップを検索することにより目標コモンレール圧力の基本値TPrailBを、また冷却水温Tw、吸入新気温度Ta、大気圧Paからステップ3、4、5で図60、図61、図62を内容とするテーブルを検索することにより、目標コモンレール圧力の水温補正係数KPTw、吸気温度補正係数KPTa、大気圧補正係数KPPaを求め、ステップ6において
【0215】
【数20】
TPrail0=TPrailB×KPTw×KPTa×KPPa
の式により目標コモンレール圧力TPrail0を計算する。
【0216】
ここで、図60に示したように低水温時に補正係数KPTwの値を1.0より大きな値としているのは、低水温時に燃料温度が低くて燃料噴霧の状態が悪くなるので、これを防止するためである。図61のように吸入新気温度Taが低い場合に補正係数KPTaを1.0より大きな値としているのは、吸入新気温度Taが低い場合に燃料噴霧が気化しにくくなるので、噴霧粒径を小さくするためである。図62のように大気圧Paが低い場合に補正係数KPPaを1.0より大きな値としているのは、大気圧Paが低いと実圧縮比が低くなり着火しにくくなるので、噴霧粒径を小さくして着火しやすくするためである。
【0217】
ステップ7ではコモンレール圧力補正量K Prailを用いて
【0218】
【数21】
TPrail1=TPrail0×K Prail
の式により上記の目標コモンレール圧力TPrail0を補正し、補正後の目標コモンレール圧力を目標コモンレール圧力TPrail1とおく。
【0219】
ステップ8では実コモンレール圧力Prailがこの目標コモンレール圧力TPrail1と一致するようにPI制御によりPI補正量を演算し、ステップ9においてこのPI補正量を目標コモンレール圧力TPrail1に加算し、加算後の目標コモンレール圧力を目標コモンレール圧力TPrail2とおく。
【0220】
ステップ10ではエンジン回転数Neと燃料噴射量Qfとから図63、図64のマップを検索して最大コモンレール圧力PrailMAX、最小コモンレール圧力PrailMINを求め、TPrail2がこの最大値と最小値の間にあればTPrail2の値を、またTPrail2が最大コモンレール圧力PrailMAXを超える場合は最大コモンレール圧力PrailMAXを、TPrail2が最小コモンレール圧力PrailMINを下回る場合は、最小コモンレール圧力PrailMINを目標コモンレール圧TPrailとして演算する。
【0221】
図65は目標噴射時期TITの演算フローである。ここで、ステップ7において噴射時期補正量K ITを用いて目標噴射時期を補正している点が従来と異なる点で、残りは従来と同様である。
【0222】
詳細にはステップ1でエンジン回転数Ne、燃料噴射量Qf、大気圧Pa、冷却水温Tw、吸入新気温度Ta、噴射時期補正量K ITを読み込み、このうちエンジン回転数Neと燃料噴射量Qfからステップ2において図66を内容とするマップを検索することにより目標噴射時期の基本値TITBを、また冷却水温Tw、吸入新気温度Ta、大気圧Paからステップ3、4、5で図67、図68、図69を内容とするテーブルを検索することにより、目標噴射時期の水温補正係数KITTw、吸気温度補正係数KITTa、大気圧補正係数KITPaを求め、ステップ6において
【0223】
【数22】
TIT0=TITB×KITTw×KITTa×KITPa
の式により目標噴射時期TIT0を計算する。
【0224】
ここで、基本値TITBは、クランク角で圧縮上死点後の所定の範囲内で燃料噴射が開始されるように設定される。
【0225】
また、基本値TITBは、所定のクランク角位置から進角側に測った値(進角量)である。したがって、補正係数KITTw、KITTa、KITPaが1.0より大きな値のとき噴射時期が進角される。図67に示したように低水温時に補正係数KITTwの値を1.0より大きな値としているのは、低水温時に燃料温度が低くて燃焼が遅れがちになるので、燃焼の中心を進角側にもってくるためである。図68のように吸入新気温度Taが低い場合に補正係数KITTaを1.0より大きな値とし、図69のように大気圧Paが低い場合に補正係数KITPaを1.0より大きな値としているのも、同様の理由からである。
【0226】
ステップ7では噴射時期補正量K ITを用いて
【0227】
【数23】
TIT1=TIT0+K IT
の式により目標噴射時期TIT0を補正し、補正後の値を目標噴射時期TIT1とする。噴射時期補正量K ITは負の値であるため、数23式により目標噴射時期が遅角補正される。
【0228】
ステップ8ではエンジン回転数Neと燃料噴射量Qfとから図70、図71のマップを検索して最大噴射時期ITMAX、最小噴射時期ITMINを求め、目標噴射時期TIT1が最大値と最小値の間にあればTIT1の値を、また目標噴射時期TIT1が最大噴射時期ITMAXを超える場合は最大噴射時期ITMAXを、目標噴射時期TIT1が最小噴射時期ITMINを下回る場合は最小噴射時期ITMINを目標燃料噴射時期TITとして演算する。
【0229】
ここで、本実施形態の作用を図49を参照しながら説明する。
【0230】
本実施形態によれば。t1のタイミングより、実過給圧Pmが目標過給圧TPmより小さくかつ実EGR流量が目標EGR流量より大きくなると、目標コモンレール圧力TPrailが増大補正されることで(図49第6段目破線参照)、燃料噴霧の微粒化が促進されてスモークが低減し、かつ図49第7段目破線のように目標噴射時期TITが遅角補正され、着火遅れ期間が増大されることで、燃料と空気の混合が促進された後に燃焼する。つまり、低温予混合燃焼が実現されるように目標コモンレール圧力および目標噴射時期の補正を行って、発進加速時においても低温予混合燃焼を維持させ、これによって燃焼騒音とスモークをともに抑制できるのである(図49下から1段目と2段目の一点鎖線参照)。
【0231】
また、本実施形態によれば、t2のタイミングより実過給圧Pmが目標過給圧TPmより大きくかつ実EGR流量が目標EGR流量より小さくなると、目標コモンレール圧力TPrailが減少補正されることで(図49第6段目破線参照)、燃料噴霧の微粒化が鈍化し燃焼が緩慢になり(酸素量が十分なのでスモークは悪化しない)、かつ図49第7段目破線のように目標噴射時期TITが遅角補正され、着火遅れ期間が増大されることで、燃料と空気の混合が促進された後に燃焼する。この場合においても、低温予混合燃焼が実現されるように目標コモンレール圧力および目標噴射時期の補正を行って、発進加速途中の変速中においても低温予混合燃焼を維持させ、これによって燃焼騒音を抑制できる(図49下から2段目の一点鎖線参照)。
【0232】
また、図示しないがt1のタイミング直後の一時的増加のあとに実EGR流量がオーバーシュートする応答の場合に、実EGR流量が目標EGR流量を下回る区間においても上記(1)の場合の制御を行ったのでは、目標コモンレール圧力の増大補正量および目標噴射時期の遅角補正量が大き過ぎることになり、あるいはt2のタイミング直後の一時的減少のあと実EGR流量がオーバーシュートする応答の場合(図51参照)に、実EGR流量が目標EGR流量を上回る区間においても上記(2)の場合の制御を行ったのでは、目標コモンレール圧力の減少補正量および目標噴射時期の遅角補正量が大き過ぎることになるのであるが、この場合に本実施形態によれば上記(1)や(2)の場合より各補正量を小さくするので、各補正量が大き過ぎることがなく、これによって発進加速時や発進加速途中の変速中に一時的増加や一時的減少のあと実EGR流量がオーバーシュートする応答の場合においても適切な値の補正量を与えることができる。
【0233】
これに対して、コモンレール式燃料噴射装置とEGR装置とを備え、広域空燃比センサにより検出される排気中の酸素濃度から実EGR率を求め、この実EGR率が目標EGR率より高くなる加速時にコモンレール圧力を増大補正してスモークを低減し、この逆に実EGR率が目標EGR率より低いときにはコモンレール圧力を減少補正してNOx発生量を低減するようにした従来装置があり、この従来装置によれば、広域空燃比センサに検出遅れが生じるため、目標EGR率と実EGR率が最もずれる加速初期や変速初期に燃料噴射圧力の補正が遅れ、これによってスモークがかえって悪化したり、ディーゼルノック音が出たりしてしまうことがある。
【0234】
この場合に、実EGR率と目標EGR率の比較は、実EGR流量と目標EGR流量の比較でもよいので、実EGR流量をモデル規範制御により演算することにより、過渡運転時においても応答性のよい実EGR流量を得るようにした装置(特開平10−318047号公報参照)と上記の従来装置とを組み合わせれば、実EGR流量の応答遅れのタイミングに合わせて燃料噴射圧力の補正量を与えることができる。
【0235】
しかしながら、大量EGRによって空気過剰率が低下するのを避けるため、タービン内に可変ノズルを有する可変容量ターボチャージャを備える場合には、加速時や変速中にいわゆるターボラグにより実過給圧の応答遅れが生じ、これが実EGR流量に影響するので、加速時の実EGR流量の一時的増加を回避するため、たとえば可変ノズルのノズル開度を減少させることにより吸気流量を小さくして、空気過剰率を改善することも考えられるが、この方法だとかえって加速時の実EGR流量の一時的増加を大きくしてしまう。
【0236】
これに対して本実施形態では、大量EGRが可能なEGR装置と、タービン内に可変ノズルを有する可変容量ターボチャージャとを備えるエンジンを対象として、実EGR流量をモデル規範制御により過渡運転時においても応答よく演算しつつ、このようにして得られる実EGR流量が目標EGR流量より大きくかつ実過給圧が目標過給圧より小さい場合に目標噴射圧力を増大補正し、また、このようにして得られる実EGR流量が目標EGR流量より小さくかつ実過給圧が目標過給圧より大きい場合に目標噴射圧力を減少補正するようにしたので、実用運転域(低速時や低負荷時)でのエンジンの排気組成と運転性の双方を改善しつつ、加速時や加速途中の変速中に、EGR弁の作動遅れに伴う実EGR流量の応答遅れがあり、この応答遅れにさらにターボラグが影響する場合においても、実EGR流量の応答遅れの位相に合わせた燃料噴射圧力の補正が可能となり、噴射圧力の補正精度を高めることができる。
【0237】
実施形態では、目標コモンレール圧力と目標噴射時期の両方を補正する場合で説明したが、目標コモンレール圧力だけを補正するようにしてもかまわない。
【0238】
実施形態では、コモンレール式燃料噴射装置(燃料噴射圧力制御装置)、EGR装置および可変容量ターボチャージャを備え、所定の運転域(たとえば低中負荷域)において低温予混合燃焼を行わせるエンジンで説明したが、これに限られるものでなく、全運転域で拡散燃焼を主体とした通常のディーゼル燃焼を行うエンジンに対しても適用できる。
【0239】
実施形態ではコンプレッサ入口圧Paを検出するセンサ73を設けた場合で説明したが、上記EGR装置と可変容量ターボチャージャとを備えるエンジンを搭載する車両が標準大気(やこれに近い大気)のもとで運転される限りにおいては、コンプレッサ入口圧センサは不要である。このときは、標準大気に対するPaの値を設定してやれば済むからである。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の制御システム図。
【図2】コモンレール式燃料噴射装置のシステム図。
【図3】EGR制御システム図。
【図4】可変ノズルアクチュエータに与える指令開度の演算を説明するためのフローチャート。
【図5】基本過給圧の特性図。
【図6】大気圧補正値の特性図。
【図7】基本開度の特性図。
【図8】大気圧補正値の特性図。
【図9】EGR制御システムのブロック図。
【図10】モデル規範制御におけるパラメータの演算順を示すフローチャート。
【図11】サイクル処理を説明するためのフローチャート。
【図12】シリンダ吸入新気量の演算を説明するためのフローチャート。
【図13】シリンダ吸入EGR量の演算を説明するためのフローチャート。
【図14】体積効率相当値の演算を説明するためのフローチャート。
【図15】空気密度の特性図。
【図16】吸気圧の演算を説明するためのフローチャート。
【図17】センサ出力電圧に対する圧力の特性図。
【図18】吸気温度の演算を説明するためのフローチャート。
【図19】吸気温度の車速補正値の特性図。
【図20】吸気温度の吸気量補正値の特性図。
【図21】シリンダ吸入ガス温度の演算を説明するためのフローチャート。
【図22】燃料噴射量の演算を説明するためのフローチャート。
【図23】基本燃料噴射量の特性図。
【図24】最大噴射量の特性図。
【図25】排気温度の演算を説明するためのフローチャート。
【図26】排気温度基本値の特性図。
【図27】吸気温度補正係数の特性図。
【図28】排気圧補正係数の特性図。
【図29】スワール補正係数の特性図。
【図30】ノズル開度補正係数の特性図。
【図31】ノズル有効面積相当値の演算を説明するためのフローチャート。
【図32】摩擦損失の特性図。
【図33】ノズル損失の特性図。
【図34】排気圧の演算を説明するためのフローチャート。
【図35】排気圧の実測値と予測値の相関を調べた特性図。
【図36】EGR流量の演算を説明するためのフローチャート。
【図37】EGR弁開口面積相当値の特性図。
【図38】目標EGR率の演算を説明するためのフローチャート。
【図39】目標EGR率基本値の特性図。
【図40】目標EGR率補正値の特性図。
【図41】要求EGR量の演算を説明するためのフローチャート。
【図42】指令EGR弁リフト量の演算を説明するためのフローチャート。
【図43】EGR弁目標リフト量の特性図。
【図44】流路面積が縮小する流れのモデル図。
【図45】吸排気系の力学的釣合いの検討に使用したモデル図。
【図46】他の排気圧の演算を説明するためのフローチャート。
【図47】排気圧Pexh0の特性図。
【図48】先細ノズルのモデル図。
【図49】本実施形態の作用を説明するための波形図。
【図50】本実施形態の制御内容を示す表図。
【図51】加速途中の変速中の実EGR流量の変化を示すモデル図。
【図52】コモンレール圧力補正量の演算を説明するためのフローチャート。
【図53】コモンレール圧力補正量の基本値の特性図。
【図54】運転条件反映係数の特性図。
【図55】噴射時期補正量の演算を説明するためのフローチャート。
【図56】噴射時期補正量の基本値の特性図。
【図57】運転条件反映係数の特性図。
【図58】目標コモンレール圧力の演算を説明するためのフローチャート。
【図59】目標コモンレール圧力基本値の特性図。
【図60】水温補正係数の特性図。
【図61】吸気温度補正係数の特性図。
【図62】大気圧補正係数の特性図。
【図63】最大コモンレール圧力の特性図。
【図64】最小コモンレール圧力の特性図。
【図65】目標噴射時期の演算を説明するためのフローチャート。
【図66】目標噴射時期基本値の特性図。
【図67】水温補正係数の特性図。
【図68】吸気温度補正係数の特性図。
【図69】大気圧補正係数の特性図。
【図70】最大噴射時期の特性図。
【図71】最小噴射時期の特性図。
【図72】加速時にノズル開度を小さくした場合の波形図。
【図73】第1の発明のクレーム対応図。
【符号の説明】
2 可変容量ターボチャージャ
2d 可変ノズル
10 コモンレール式燃料噴射装置
17 燃料噴射弁
41 コントロールユニット
57 EGR弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a diesel engine.
[0002]
[Prior art]
A common rail fuel injection device and an EGR device are provided, and fuel and air are mixed by increasing and correcting the common rail pressure (fuel injection pressure) during acceleration when the actual EGR rate detected by the EGR rate detection means is higher than the target EGR rate. However, when the actual EGR rate is lower than the target EGR rate, the premixed combustion rate is reduced by reducing the common rail pressure to reduce the amount of NOx generated. (See JP-A-9-242617).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above conventional apparatus, the actual EGR rate is obtained from the oxygen concentration in the exhaust gas detected by the wide-range air-fuel ratio sensor.
[0004]
However, since the wide-range air-fuel ratio sensor is expensive and a detection delay occurs (the detection response time constant of the sensor is on the order of 1/10 seconds to several seconds), the target EGR rate and the actual EGR rate are most shifted from the initial stage of acceleration. And the correction of fuel injection pressure is delayed at the beginning of shifting. That is, when the correction amount of the fuel injection pressure must be given in accordance with the response delay timing of the actual EGR rate, the fuel injection pressure is detected when the error from the target EGR rate of the actual EGR rate is the largest due to the detection delay of the sensor. If the fuel injection pressure changes when the error of the actual EGR rate is reduced without changing the smoke, the smoke will be worsened or the diesel knock noise will be produced.
[0005]
In this case, the comparison between the actual EGR rate and the target EGR rate may be a comparison between the actual EGR flow rate and the target EGR flow rate. Therefore, by calculating the actual EGR flow rate by the model reference control, the response can be obtained even during transient operation. If a device (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-318047) capable of obtaining a good actual EGR flow rate and the above-mentioned conventional device are combined, the response delay of the actual EGR flow rate can be reduced as long as the engine is not supercharged The correction amount of the fuel injection pressure can be given in accordance with the timing.
[0006]
However, in order to avoid a decrease in the excess air ratio due to a large amount of EGR, a variable capacity turbocharger having a variable nozzle in the turbine is provided, and when supercharging is performed in a practical operation range (low speed or low load). Is a response delay of the actual supercharging pressure caused by so-called turbo lag during acceleration or shifting, and this greatly affects the actual EGR flow rate. For example, in order to avoid a temporary increase in the actual EGR flow rate during acceleration, Although it is conceivable to reduce the intake air flow rate by reducing the nozzle opening and improve the excess air ratio, this method is rather rather a temporary increase in the actual EGR flow rate during acceleration.
[0007]
This will be described with reference to FIG. 72. The actual EGR flow rate is proportional to the differential pressure ΔP (= Pexh−Pm) between the exhaust pressure Pexh and the intake pressure Pm. In the figure, at the time of acceleration, the exhaust pressure Pexh first rises with good response, the EGR valve closes with a delay, and then the actual supercharging pressure (= intake pressure Pm) rises. In this case, if the nozzle opening is decreased, the rise of the exhaust pressure Pexh increases and the rise of the intake pressure Pm is delayed by an amount corresponding to the decrease in the nozzle opening. As a result, the differential pressure ΔP is increased as compared with the case where the nozzle opening is not decreased, and the actual EGR flow rate is increased.
[0008]
Therefore, the present invention is intended for an engine equipped with an EGR device capable of mass EGR and a variable displacement turbocharger, and calculates the actual EGR flow rate with good response even during transient operation by model reference control. When the EGR flow rate is larger than the target EGR flow rate and the actual boost pressure is smaller than the target boost pressure, the target injection pressure is increased and corrected.TheaccelerationSometimesEven when there is a response delay of the actual EGR flow rate due to the operation delay of the EGR valve, and the turbo lag further affects this response delay, the object is to improve the correction accuracy of the injection pressure.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As shown in FIG. 73, the first invention is
An
[0010]
The second invention is a figure.73As shown, the
From these comparison results, the actual boost pressure is higher than the target boost pressure.LowAnd actual EGR flow rate is more than target EGR flow ratelargeIf the target injection pressure isIncreaseMeans to correct91And means for controlling the fuel injection pressure so as to be the corrected target injection pressure92WithAt the same time, when the actual boost pressure is lower than the target boost pressure and the actual EGR flow rate is smaller than the target EGR flow rate, the target injection pressure is corrected to be increased by a correction amount smaller than the target injection pressure increase correction amount. Do.
[0015]
First3In the invention of the firstOr secondIn the present invention, the actual EGR flow rate is calculated based on the differential pressure between the exhaust pressure Pexh and the intake pressure Pm (= actual boost pressure).
[0016]
First4In the invention of the3In the present invention, an intake air amount Qas0, a fuel injection amount Qf, an effective area equivalent value Avnt of the variable nozzle and an exhaust temperature Texh are detected, and the exhaust pressure Pexh is determined using these four elements.
Pexh = Kpexh × {(Qas0 + Qf) / Avnt)}2× Texh + Pa
Where Pexh: exhaust pressure,
Qas0: intake air volume,
Qf: fuel injection amount,
Avnt: Effective area equivalent value of variable nozzle,
Texh: exhaust temperature at the turbine inlet,
Pa: compressor inlet pressure,
Kpexh: constant,
It calculates by the formula of
[0017]
First5In the invention of the3In this invention, the intake air amount Qas0, the fuel injection amount Qf, the effective area equivalent value Avnt of the variable nozzle and the exhaust temperature Texh are detected, and these four elements are used to obtain the turbine inlet exhaust pressure equivalent value Pexhr.
Pexhr = Kpexhn × {(Qas0 + Qf) / Avnt)}2× Texh
Where Pexhr: turbine inlet exhaust pressure equivalent value,
Qas0: intake air volume,
Qf: fuel injection amount,
Avnt: Effective area equivalent value of variable nozzle,
Texh: exhaust temperature at the turbine inlet,
Pa: compressor inlet pressure,
Kpexhn: constant,
The exhaust pressure Pexh is calculated from the turbine inlet exhaust pressure equivalent value Pexhr and the compressor inlet pressure Pa.
[0018]
First6In the invention of the1In this invention, the target injection pressure and the target injection timing are corrected so as to realize low-temperature premixed combustion.
[0019]
【The invention's effect】
In order to avoid a decrease in the excess air ratio due to a large amount of EGR, when a variable capacity turbocharger having a variable nozzle is provided in the turbine, a response delay of the actual supercharging pressure occurs due to a so-called turbo lag during acceleration or gear shifting. Since the actual EGR flow rate is affected, in order to avoid a temporary increase in the actual EGR flow rate during acceleration, for example, if the nozzle opening of the variable nozzle is decreased, the temporary increase in the actual EGR flow rate during acceleration is rather large. Will be the first, second, second3In the present invention, for an engine equipped with an EGR device and a variable capacity turbocharger, the actual EGR flow rate is calculated with good response even during transient operation by model reference control.3According to the present invention, when the actual EGR flow rate obtained in this way is larger than the target EGR flow rate and the actual boost pressure is smaller than the target boost pressure, the target injection pressure is increased and compensated.correctAs a result, both the exhaust composition and operability of the engine in the practical operating range can be improved, and there is a response delay of the actual EGR flow rate due to the delay in operation of the EGR valve during acceleration or during shifting during acceleration. Even when the turbo lag further affects the response delay, the fuel injection pressure can be corrected in accordance with the response delay phase of the actual EGR flow rate, and the injection pressure correction accuracy can be improved.
[0020]
When the fuel injection pressure is increased when the actual EGR flow rate is larger than the target EGR flow rate, the ignition delay period is shortened due to the excessive actual EGR flow rate, and the ignition period is shortened due to the increase in the fuel injection pressure. Therefore, although the ignition delay period is almost the same as the appropriate EGR flow rate, the amount of fuel injected before ignition is as much as the fuel injection pressure rises, and this increased fuel burns at the same time as ignition. Combustion suddenly produces diesel knock (combustion noise)JarThe second1According to this invention, since the ignition timing is corrected to be retarded so that the ignition delay period increases, combustion noise can be suppressed.
[0021]
In the case of a response in which the actual EGR flow rate overshoots after a temporary increase immediately after acceleration, even in a section where the actual EGR flow rate is lower than the target EGR flow rate, the target injection pressure is the same as in the normal response without overshoot. If the correction is performed, the increase correction amount of the target injection pressure is too large.BecomeBut in this case2According to the invention, since the correction amount is made smaller than in the case of a normal response without overshoot, the correction amount is not too large, thereby accelerating.SometimesTemporary increaseAdditionalEven in the case of a response in which the actual EGR flow rate overshoots, an appropriate correction amount can be provided.
[0022]
First4This invention calculates the exhaust pressure on the assumption that the flow of gas passing through the turbine nozzle is a flow when the flow path area is reduced.4According to this invention, high calculation accuracy of the exhaust pressure can be obtained in the standard state.
[0023]
If the exhaust pressure is calculated assuming that the flow of gas passing through the turbine nozzle is a flow when the flow path area is reduced, it is different from the standard state (for example, when the altitude is higher than the high altitude and standard temperature, the humidity is in the standard state) The exhaust pressure calculation accuracy will decrease,5According to the invention, the flow rate and pressure per unit time (that is, the change in specific gravity) are calculated based on the calculation formula that assumes that the flow of the gas passing through the turbine nozzle is a flow when the ideal gas is adiabatically changed. Can be accurately described, so that a high calculation accuracy of the exhaust pressure can be obtained even in a state of atmospheric pressure or temperature different from the standard state. In addition, since the characteristic that must be matched in this case is simple, only calculation is sufficient (no need for matching), and the calculation accuracy of the exhaust pressure can be increased by calculation only on the desk.
[0024]
First6According to the invention, low temperature premixed combustion can be maintained even in a transient operation state in which the response delay of the actual EGR rate and the response of the supercharging pressure due to the delay in the operation of the turbocharger occur, thereby enabling smoke and combustion noise during acceleration. Further, combustion noise during gear shifting during acceleration can be further suppressed.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a diesel engine.
[0026]
In the combustion of a diesel engine, the amount of NOx produced greatly depends on the combustion temperature, and it is effective to lower the combustion temperature relatively for the reduction. In the low temperature premixed combustion system, the oxygen concentration is reduced by an exhaust gas recirculation system (EGR), thereby realizing low temperature combustion. For this reason, the
[0027]
The
[0028]
As shown in FIG. 3, an
[0029]
Here, the opening degree of the
[0030]
For example, when the first electromagnetic valve 61 stops introducing negative pressure, introduces atmospheric pressure, and the second
[0031]
Thus, when the
[0032]
An EGR
[0033]
A
[0034]
The hollow combustion chamber formed in the piston is a large-diameter toroidal combustion chamber. In this, the piston cavity is formed in a cylindrical shape from the crown surface to the bottom of the piston without restricting the inlet, and a conical part is formed in the center of the bottom, and this conical part enters the piston cavity at the later stage of the compression stroke. In order not to give resistance to the swirl that flows while swirling, the mixing of air and fuel is further improved.
[0035]
Thus, the swirl generated by the
[0036]
The
[0037]
In this embodiment, the nozzle opening degree of the
[0038]
The engine is provided with the common rail
[0039]
This is mainly composed of a
[0040]
Control of the fuel injection amount, fuel injection timing, common rail pressure (fuel injection pressure), and the like is performed by a
[0041]
The target injection timing is delayed from the normal injection timing in order to realize low temperature premixed combustion. As will be described later, the fuel injection is set to start within a predetermined range after the compression top dead center at the crank angle. As a result, the ignition delay period of the injected fuel is lengthened, during which the fuel vaporization is promoted, and it is possible to ignite in a state sufficiently mixed with air. As a result, low-temperature premixed combustion is performed under a low oxygen concentration due to exhaust gas recirculation, and NOx can be reduced without increasing particulates.
[0042]
[0043]
From the viewpoint of supercharging pressure control, EGR control also physically plays a role of supercharging pressure control. That is, the supercharging pressure also changes by changing the EGR amount. On the contrary, if the supercharging pressure is changed, the exhaust pressure changes, so the EGR amount also changes, and the supercharging pressure and the EGR amount cannot be controlled independently. In addition, there is a disturbance in control of each other.
[0044]
Therefore, the supercharging pressure and the control negative pressure supplied to the EGR valve are selectively detected by the intake pressure sensor by time sharing, and the EGR amount is controlled and supercharged based on the control negative pressure and the supercharging pressure. Although techniques for controlling the pressure are disclosed, this technique particularly deteriorates control responsiveness during a transition.
[0045]
By the way, there are five variables: intake pressure (compressor outlet pressure) Pm, exhaust pressure (turbine inlet pressure) Pexh, atmospheric pressure (compressor inlet pressure) Pa, EGR valve effective area equivalent value Aegr, and variable nozzle effective area equivalent value Avnt. If it can be known, the exhaust amount Qexh and the EGR amount Qegr can be calculated. Of the five variables, variables other than the exhaust pressure are relatively easy to detect, but exhaust pressure is generally difficult to obtain for sensors with durability at high exhaust temperatures and oxidizing atmospheres, and in-vehicle sensors As expensive. In addition, it is difficult to obtain sufficient responsiveness to provide durability under the use conditions as described above. Therefore, in order to control the supercharging pressure and the EGR amount with high accuracy and without impairing responsiveness and stability, a means for estimating the exhaust pressure is required.
[0046]
For this reason, the
[0047]
Further, EGR control is performed using the estimated exhaust pressure Pexh. For example, the target EGR rate Megr is calculated according to the engine speed and load (see FIG. 38), the required EGR amount Tqe is calculated based on the target EGR rate Megr (see FIG. 41), and the estimated exhaust pressure is calculated. The required opening area Tav of the
[0048]
This control performed by the
[0049]
The supercharging pressure control and the EGR control, which will be described in detail below, have already been proposed by another application almost simultaneously with the present application.
[0050]
First, the supercharging pressure control will be described. FIG. 4 shows a calculation flow of the command opening of the
[0051]
In
[0052]
Here, the actual supercharging pressure Pm_ist is the same as an intake pressure (compressor outlet pressure) Pm, which will be described later in EGR control, and this intake pressure Pm is obtained by an intake pressure sensor 72 (see FIG. 1) provided in the collector 52a. The compressor inlet pressure Pa is detected by an atmospheric pressure sensor 73 (see FIG. 1) provided upstream of the
[0053]
In
[0054]
In
[0055]
In
[0056]
In
[0057]
In
[0058]
The variable nozzle command opening VNTstep thus obtained is converted into a step number (a control amount to be given to the
[0059]
Next, with respect to EGR control, a rough block diagram of the control is shown in FIG. 9, and detailed flowcharts and maps and tables used for the flow are shown in FIGS. 11 to 34 and FIGS.
[0060]
Here, the control method performed by the
[0061]
More specifically, (1) sampling of sensor detection values such as the
[0062]
Further, the calculation of each parameter in the above (2) is performed in the order shown in FIG. In FIG. 10, it does not take a long time to perform all the processes, and all the processes are completed in an instant by the input of the Ref signal. In the figure, “n−1” after the symbol means the previous value (that is, the value calculated before the 1Ref signal).
[0063]
Hereinafter, the calculation of each parameter will be described in the order shown in FIG.
[0064]
The EGR control itself has already been disclosed in Japanese Patent Application No. 10-31460 (hereinafter referred to as “prior application device”).
[0065]
FIG. 11 shows a flow of cycle processing of the cylinder intake fresh air amount, the fuel injection amount, and the cylinder intake gas temperature. In
[0066]
In
[0067]
FIG. 12 is a flow for calculating the cylinder intake fresh air amount Qac.
[0068]
In
[0069]
In
[0070]
[Expression 1]
Qac0 = (Qas0 / Ne) × KCON #
Where KCON # is a constant,
Calculate with the following formula.
[0071]
In
[0072]
In
[0073]
[Expression 2]
Qac = Qacn-1× (1-Kvol × Kinn-1) + Qacn × Kvol × Kinn-1
However, Qacn-1: The previous value of Qac,
Kinn-1: The previous value of Kin,
The cylinder intake fresh air amount (per intake stroke) Qac is obtained by performing a delay process according to the following equation. This takes into account the delay in the intake air from the collector 52a inlet to the cylinder.
[0074]
FIG. 13 is a flow for calculating the cylinder intake EGR amount Qec.
[0075]
The contents of this calculation are the same as the calculation method of the cylinder intake fresh air amount Qac shown in FIG. Qe which is the previous value of the EGR (flow) amount Qe obtained in
[0076]
In
[0077]
[Equation 3]
Qecn = (Qen-1/ Ne) x KCON #
Where KCON # is a constant,
Calculate with the following formula. Further, in
[0078]
[Expression 4]
Qec = Qecn-1× (1-Kvol × Kinn-1) + Qecn × Kvol × Kinn-1
However, Qecn-1: The previous value of Qec,
Kinn-1: The previous value of Kin,
The cylinder intake EGR amount (per intake stroke) Qec is calculated by performing a delay process according to the following equation. This takes into account the delay of EGR gas from the collector 52a inlet to the cylinder.
[0079]
In the prior application device, the weighted average processing is performed on the EGR amount Qe in order to smooth the influence of exhaust pulsation. However, in this embodiment, the weighted average processing on Qe is not performed. This is due to the following reason. Although the weighted average processing value of Qe is used to calculate the influence of exhaust pulsation, the cylinder intake EGR amount Qec including the error associated with the weighted average is calculated. Therefore, in the present embodiment, the calculation accuracy of Qec is increased as much as possible by calculating Qec with Qe having pulsation.
[0080]
FIG. 14 is a flow for calculating the volumetric efficiency equivalent value Kin.
[0081]
In
[0082]
[Equation 5]
Kin = Qcyl / (Vc / ROUqcyl)
Vc: 1 cylinder volume,
The volume efficiency equivalent value Kin is calculated by the following formula (volume efficiency definition formula).
[0083]
Here, the calculation method of the volumetric efficiency equivalent value Kin is different from that of the prior application device (simpler than the prior application device). This is because the intake
[0084]
FIG. 16 is a flowchart for calculating (detecting) the intake pressure (in the collector).
[0085]
In
[0086]
Unlike the prior application device in which the intake pressure sensor is not provided, in the present embodiment, since the intake pressure sensor is provided, the calculation of the intake pressure Pm is simplified.
[0087]
Here, the reason why the intake pressure sensor is newly added is as follows. While the turbocharger was not a variable displacement type in the prior application device, the turbocharger of this embodiment is a variable displacement type, so the nozzle opening is newly added as an unknown number (degree of freedom). The unknown has increased by one. Therefore, in order to make the unknown the same as the prior application device, an
[0088]
FIG. 18 is a flow for calculating the intake fresh air temperature Ta.
[0089]
In
[0090]
In
[0091]
As shown in FIG. 1, when the intake
[0092]
In
[0093]
[Formula 6]
Ta = Ta0 × Ktmpi + TOFF #
Where TOFF # is a constant
Calculated by the formula (approximate formula) This calculation is a temperature change prediction calculation based on the laws of thermodynamics.
[0094]
The intake air temperature may be corrected by the vehicle speed, the intake air amount, or the like. At this time, a table having the characteristics shown in FIGS. 19 and 20 is created in advance, and each table is searched from the vehicle speed and the intake air amount (Qas0), whereby the intake air temperature correction value Kvsp, An intake air amount correction value Kqa of temperature is obtained, and instead of the
[0095]
[Expression 7]
Ta = Kvsp × Kqa × Ta0 × Ktmpi + TOFF #
The intake fresh air temperature Ta may be obtained by the following equation.
[0096]
On the other hand, if an intake air temperature sensor is mounted on the downstream side of the
[0097]
FIG. 21 is a flow for calculating the cylinder intake gas temperature Tn. In
[0098]
[Equation 8]
Tn = (Qac × Ta + Qec × Te) / (Qac + Qec)
The average temperature of the cylinder intake fresh air and the cylinder intake EGR gas is obtained by the following formula, and this is set as the cylinder intake temperature Tn.
[0099]
FIG. 22 is a flow for calculating the fuel injection amount Qf. In
[0100]
In
[0101]
FIG. 25 is a flow for calculating the exhaust temperature Texh. In
[0102]
In
[0103]
In
[0104]
Next, in
[0105]
In
[0106]
Here, in this embodiment, since two correction coefficients Ktexh3 and Ktexh4 that are not present in the prior application apparatus are newly introduced, the calculation accuracy of the exhaust gas temperature Texh is improved in this embodiment. The reason for improving the calculation accuracy of the exhaust gas temperature Texh is as follows. As will be described later with reference to the flow of FIG. 34, the exhaust temperature Texh is used for calculating the exhaust pressure Pexh. Therefore, improvement in the calculation accuracy of the exhaust temperature Texh leads to improvement in the calculation accuracy of the exhaust pressure Pexh. Therefore, in order to improve the calculation accuracy of the exhaust pressure Pexh, two correction coefficients Ktexh3 and Ktexh4 are newly introduced. .
[0107]
The process of FIG. 25 approximates the following expression derived from the thermodynamic expression.
[0108]
[Equation 9]
FIG. 31 is a calculation flow of the effective area equivalent value Avnt of the
[0109]
Of these, in
[0110]
[Expression 10]
Wexh = Qtotal × Texh / Tstd [m3/ Sec]
Where Tstd: standard atmospheric temperature,
The exhaust gas flow rate equivalent value Wexh is calculated by the following formula.
[0111]
In
[0112]
[Expression 11]
Avnt = VNTstep × ξfric × ξconv
The effective area equivalent value Avnt of the variable nozzle is calculated by the following equation.
[0113]
FIG. 34 is a flowchart for calculating the exhaust pressure (turbine inlet pressure) Pexh.
[0114]
In
[0115]
[Expression 12]
Pexh0 = Kpexh × {(Qas0 + Qfuel) / Avnt}2× Texh + Pa
Where Kpexh is a constant,
The exhaust pressure Pexh0 is calculated by the following equation, and a weighted average process is performed on the exhaust pressure in
[0116]
Here, each calculation method of the effective area equivalent value Avnt and the exhaust pressure Pexh0 is obtained as follows.
[0117]
<1> Basic equation of flow when the channel area is reduced
Consider an ideal fluid flowing in a pipe whose sectional area gradually decreases as shown in FIG.
[0118]
When the fluid pressure, flow velocity, area, and specific gravity are P, w, A, and ρ, respectively, the inlet is subscript 1, the outlet is subscript 2, and Bernoulli's theorem is applied to the inlet and outlet cross sections.
w1 2/ 2 + P1/ Ρ = w2 2/ 2 + P2/ Ρ (1a)
From the continuous formula
A1× w1= A2× w2 ... (1b)
Therefore, from both equations, w1If you delete
w2= 1 / {1- (A2/ A1)2}1/2× {2 (P1-P2) / Ρ}1/2[M / sec] (2)
Since the flow rate Q flowing per unit time is constant from the continuous equation,
It can be expressed by the following formula.
[0119]
1 / {1- (A on the right side of equation (3)2/ A1)2}1/2Is the efficiency ηn, the following basic equation of flow is obtained.
[0120]
Q = ηn × A2× {2ρ × (P1-P2)}1/2 ... (4)
<2> State equation of turbocharger
Next, the relationship between the
[0121]
The effective power Lc of the
Lc = Qas0 × Wc / ηc [W] (5)
However, Qas0: intake fresh air weight flow [kg / sec],
Wc: Compressor theoretical work [J / kg],
ηc: Compressor efficiency equivalent value.
[0122]
The effective power Lt of the turbine 2a is
Lt = ηt × Qtotal × Wt [W] (6)
Where Qtotal: total exhaust weight flow rate [kg / sec]
Wt: Turbine theoretical work [J / kg],
ηt: turbine efficiency equivalent value.
[0123]
Since the turbine 2a and the
[0124]
<3> Exhaust pressure prediction formula when the flow path area is reduced
Applying the above equation (4) to the left side of the equation (7),
Where Avnt: equivalent value of effective area of variable nozzle,
Pexh: Exhaust pressure,
Pa: Atmospheric pressure equivalent value,
ρe: exhaust density,
VNTstep: command opening,
ηn: efficiency (loss),
To get the formula
[0125]
When formula (8a) is arranged for the exhaust pressure Pexh,
Here, according to the theoretical formula, the exhaust density ρe is
ρe = ρstd × (Ta / Texh) × (Pexh / Pa) (10)
However, ρstd: density of standard atmosphere (≈1.1679 g / cm3),
Ta: compressor inlet temperature,
Texh: exhaust temperature,
Pexh: Exhaust pressure,
Pa: atmospheric pressure,
However, in this theoretical formula, the exhaust pressure Pexh is used to obtain the exhaust density ρe, so it is not good.
ρe≈ρstd × (Ta / Texh) = Tstd / Texh (11)
However, Tstd: temperature of standard atmosphere (≈298.15K),
The approximate expression is used. The reason why it can be approximated is that if the exhaust pressure Pexh increases, the exhaust temperature Texh also increases, so that the change in the exhaust pressure Pexh can be considered to be included in the exhaust temperature Texh.
[0126]
Therefore, the following formula is obtained by substituting the formula (11) into the formula (9).
[0127]
Where Kpexh: constant.
[0128]
Here, the compressor theoretical work Wc and the turbine theoretical work Wt on the right side of the equation (12a) are given by the following equations.
[0129]
[Formula 13]
Now, from the equation (12a), an arithmetic expression for the exhaust pressure Pexh was obtained. Η in the equation (12a)
The calculation of c, ηt, Wc, and Wt is complicated (requires the ability of the ECU), and the expression (14) needs to know the exhaust pressure Pexh to be obtained from now, so further consideration will be given.
[0130]
Now, there is the following relationship between the total exhaust weight Qtotal, the intake fresh air amount Qas0, and the fuel injection amount Qf (all units are [kg / sec]).
[0131]
Qtotal = Qas0 + Qf (15)
Applying the above equation (4) to the left side of the equation (15),
Avnt × {2 × ρe × (Pexh-Pa)}1/2= Qas0 + Qf (16a)
Avnt = ηn × VNTstep (16b)
When the both sides of the equation (16a) are squared and the exhaust pressure Pexh is arranged, the following equation is obtained.
[0132]
Pexh = {(Qas0 + Qf) / Avnt}2× (1 / ρe) + Pa (17)
Again, the following final expression is obtained by substituting Expression (11), which is an approximate expression of the exhaust density ρe, into Expression (17).
[0133]
Where Kpexh: constant.
[0134]
The expression (18a) is equivalent to the above expression (12a), and the calculation formula of the exhaust pressure Pexh by the expression (18a) includes the ratio of theoretical work (Wc / Wt) of the
[0135]
<4> Efficiency of gas flowing through the nozzle ηn
The effective area equivalent value Avnt of the
[0136]
Where ξconv: nozzle loss,
ξfric: friction loss.
[0137]
In the equation (19), the nozzle loss ξconv is a loss determined for each opening degree of the nozzle.2/ A1)2}1/2Becomes efficient.
[0138]
However, if the change in flow velocity is large, 1 / {1- (A2/ A1)2}1/2If this value is regarded as the nozzle loss ξ conv as it is, it often does not match the actual nozzle loss, so it is described by providing a table of efficiency with respect to the nozzle opening (see FIG. 33).
[0139]
Further, the friction loss ξfric in the equation (19) is established by the Hagen-Poiseille equation when the flow inside the nozzle is regarded as a laminar flow, and the friction loss ξfric is proportional to the square root of the flow velocity. there,
Wexh = Qtotal / ρe (20)
The volume flow equivalent value Wexh is calculated by the following equation, and the square root of the volume flow equivalent value Wexh is set as the exhaust flow velocity, thereby searching for the friction loss ξfric (see FIG. 32).
[0140]
Again, substituting equation (11), which is an approximate expression of exhaust density ρe, into equation (20),
In this way, the nozzle effective area equivalent value Avnt is calculated by the equation (19), and the exhaust pressure Pexh is predicted by the equations (18a) and (18b) using Qas0, Qf, Texh, Pa in addition to this Avnt. That is why. FIG. 35 shows the experimental results of examining the correlation between the actual measured value and the predicted value of the exhaust pressure. From the figure, it can be seen that the predicted value is sufficiently accurate.
[0141]
Next, FIG. 36 is a flow for calculating the EGR (flow) amount Qe. In
[0142]
In
[0143]
In
[0144]
[Expression 14]
Qe = Ave × {(Pexh−Pm) × KR #}1/2
However, KR #: correction coefficient (constant),
Calculate with the following formula.
[0145]
FIG. 38 is a flow for calculating the target EGR rate Megr. In
[0146]
FIG. 41 is a calculation flow of the required EGR (flow) amount Tqe. In
[0147]
In
[0148]
[Expression 15]
Rqec = Rqecn-1× (1-Kin × Kvol) + Mqec × Kin × Kvol
However, Rqecn-1: The previous value of Rqec,
An intermediate processing value (weighted average value) Rqec is calculated by the following equation, and the intermediate processing value Rqec and the above-described target inhalation EGR amount Mqec are used in
[0149]
[Expression 16]
Tqec = Mqec × GKQEC + Rqecn-1× (1-GKQEC)
However, Rqecn-1: The previous value of Rqec,
GKQEC: Lead compensation gain,
The target cylinder intake EGR amount Tqec is obtained by performing the advance processing according to the following equation. Since there is a delay in the intake system with respect to the required value (that is, a delay corresponding to the capacity of the
[0150]
In
[0151]
[Expression 17]
Tqe = (Tqec / Ne) × KCON #
Where KCON # is a constant,
The required EGR amount Tqe is calculated by performing unit conversion (per cylinder → per unit time) by the following formula.
[0152]
FIG. 42 is a flow for calculating the command EGR valve lift amount Liftt as the command EGR valve opening degree. In
[0153]
[Expression 18]
Tav = Tqe / {(Pexh−Pm) × KR #}1/2
However, KR #: correction coefficient (constant),
The following formula (the law of fluid mechanics) is used.
[0154]
In
[0155]
The command EGR valve lift amount Liftt thus obtained is output to the step motor 57a by a flow (not shown), and the
[0156]
This is the end of the description of EGR control.
[0157]
As described above, in the embodiment of the present invention, the above-described direct and simple above-described four elements, that is, the intake air amount (weighted average value) Qas0, the fuel injection amount Qf, the effective area equivalent value Avnt of the variable nozzle, and the exhaust gas temperature Texh. Since the exhaust pressure Pexh can be calculated using the equation (12), the exhaust pressure can be estimated without delay in response even when a variable capacity turbocharger is provided.
[0158]
Further, the effective area equivalent value Avnt is given by the product of the efficiency ηn of the gas flowing through the
[0159]
Further, since the efficiency ηn of the gas flowing through the
[0160]
Further, since the friction loss ξfric is given as a value proportional to the square root of the exhaust flow velocity equivalent value Wexh, the friction loss ξfric can be given accurately even if the exhaust flow velocity is different.
[0161]
Further, when the change in the flow velocity is large, the loss to the constricted pipe (1 / {1- (A2/ A1)2}1/2In this embodiment, the nozzle loss ξconv is set to a value corresponding to the command opening degree VNTstep and the total exhaust weight Qtotal. Even when the change in flow velocity is large, the actual nozzle loss can be matched well.
[0162]
Further, the exhaust temperature nozzle opening correction coefficient Ktexh4 is calculated according to the command opening VNTstep and the exhaust amount Qexh, and the exhaust temperature basic value Texhb is corrected with this correction coefficient Ktexh4. And the calculation accuracy of the exhaust pressure Pexh is improved by this improvement. Similarly, when the intake port is provided with a swirl valve, an exhaust temperature swirl correction coefficient Ktexh3 is calculated according to the opening position of the swirl valve and the engine speed Ne, and the exhaust gas basic value is calculated using the correction coefficient Ktexh3. Since Texhb is corrected, the calculation accuracy of the exhaust temperature Texh is improved even when the intake port is provided with a swirl valve, and the calculation accuracy of the exhaust pressure Pexh is improved by this improvement.
[0163]
The calculation formula of the exhaust pressure (turbine inlet pressure) is not limited to the
[0164]
In FIG. 34, the exhaust pressure was calculated on the assumption that the flow of gas passing through the
[0165]
[Equation 19]
Pexhr = Kpexhn × {(Qas0 + Qfuel) / Avnt}2× Texh
Where Kpexhn: constant,
The turbine inlet exhaust pressure equivalent value Pexhr is calculated by the following equation, and the exhaust pressure Pexh0 is obtained by searching a map having the contents shown in FIG. 47 in
[0166]
Here, how the exhaust pressure calculation method of Formula 19 is obtained will be described next.
[0167]
<5> Basic formula of flow in case of tapered nozzle
Considering the flow passing through the turbine nozzle, there is almost no external heat input / output and work, and therefore, the energy of the fluid is considered to change from the decrease in internal energy to kinetic energy and extrusion work. The engine exhaust can be regarded as an ideal gas because of its low pressure and high temperature. Therefore, the flow of exhaust gas passing through the turbine nozzle can be considered as “the ideal gas flows with adiabatic change”.
[0168]
Now, in a tapered nozzle such as a turbine nozzle, as shown in FIG. 48, the pressure, specific volume, flow velocity, area, temperature, specific heat ratio, and gas constant are P, v, w, A, T, κ, Let R be the
[0169]
[Expression 20]
It is. Further, the following equation is established from the basic equation of steady flow energy.
[0170]
[Expression 21]
Substituting equation (31) into equation 19,
[0171]
[Expression 22]
Or P1V1= RT1From
[0172]
[Expression 23]
For tapered nozzles, inlet flow velocity w1Is the exit velocity w2If it is omitted because it is very small compared to2Is given by:
[0173]
[Expression 24]
Since the flow rate Q flowing through each section of the nozzle per unit time is constant from the continuous equation,
Q = A2× w2/ V2= Ρe × A2× w2[Kg / sec] (33)
It is. In addition, since the fluid flowing in the nozzle is considered to change adiabatically with an ideal gas, from the above equation (31),
[0174]
[Expression 25]
It is.
[0175]
Substituting (32) and (34) into (33),
[0176]
[Equation 26]
Equation (35) is a basic equation for the flow when the nozzle is a tapered nozzle.
[0177]
<6> Examination of exhaust pressure prediction formula for tapered nozzle
Refer to FIG. From equation (15)
Qas0 + Qf = Qtotal [kg / sec] (36)
It is. Applying the above equation (35), which is a nozzle flow equation whose area is reduced, to the right side of the equation (36),
[0178]
[Expression 27]
To get the formula
[0179]
Here, the turbine inlet exhaust pressure equivalent value Pexhr is
[0180]
[Expression 28]
Then, the equation (37a) is
Therefore, when the equation (39) is arranged for the turbine inlet exhaust pressure equivalent value Pexhr, the following equation is obtained.
[0181]
Pexhr = (1 / (2 × ρe)) × (κe / (κe−1)) × {(Qas0 + Qf) / Avnt}2[Pa] (40)
Here again, the following final expression is obtained by substituting Expression (11), which is an approximate expression of the exhaust density ρe, into Expression (40).
[0182]
Pexhr = Kpexhn × {(Qas0 + Qf) / Avnt}2× Texh [Pa] (41a)
Kpechn = (1 / (2 × ρe)) × (κe / (κe−1)) (41b)
Where Kpexhn: constant.
[0183]
Now, as shown in the
[0184]
On the other hand, according to the fourth embodiment obtained by assuming that the flow of gas passing through the nozzle is a flow when the ideal gas is adiabatically changed and flows, the flow rate per unit time is calculated by an arithmetic expression. Since the pressure and pressure (that is, the change in specific gravity) can be accurately described, high calculation accuracy of the exhaust pressure can be obtained even in a state of atmospheric pressure or temperature different from the standard state.
[0185]
Moreover, since the characteristics of FIG. 47 that must be matched are simple as shown in the figure, only calculation is sufficient (no matching is required), and the calculation accuracy of the exhaust pressure is high even with calculation only on the desk ( Confirmed by experiment).
[0186]
Now, the engine is equipped with an EGR device and a variable capacity turbocharger, and the EGR control using the model reference control described above and the above-described supercharging pressure control are performed, and the vehicle is also provided with a manual transmission for acceleration. At this time, in this vehicle, it was found that combustion noise and smoke increased temporarily immediately after starting acceleration, and that combustion noise increased temporarily during shifting during acceleration. In order to analyze this, an experiment was conducted in which the fuel injection amount was increased stepwise while the engine speed was kept constant, and the fuel injection amount was decreased stepwise after a certain period. FIG. 49 shows the experimental result at this time as a model. In the figure, the timing of t1 when the fuel injection amount Qf increases stepwise corresponds to the start acceleration, and the timing of t2 when the fuel injection amount Qf decreases stepwise corresponds to shifting during acceleration.
[0187]
Note that the timing of t2 corresponds to the time of shifting during acceleration for the following reason. In a vehicle equipped with a manual transmission, for example, when the gear position is set to the first speed, the accelerator pedal is depressed to accelerate (start acceleration), and then the gear position is switched to the second speed from the accelerator pedal that was previously depressed. Release to move to the clutch pedal and depress the clutch pedal to disengage the clutch. In this clutch disengagement process, the accelerator pedal opening decreases, and the fuel supply amount decreases corresponding to the decrease in the accelerator pedal opening. However, the present invention is not limited to a vehicle equipped with a manual transmission, and the timing of t2 corresponds to the middle of a speed change during acceleration even in a vehicle equipped with an automatic transmission. This is because, in a vehicle equipped with an automatic transmission, a command for reducing the fuel injection amount is issued in order to relieve a shift shock during a shift.
[0188]
Hereinafter, the analysis is divided into (1) immediately after starting acceleration and (2) shifting during acceleration.
(1) Immediately after starting acceleration:
The exhaust pressure Pexh rises with good response due to an increase in load, whereas the intake pressure Pm rises later due to the operation delay of the
(2) During shifting during acceleration:
The exhaust pressure Pexh decreases with good response due to the decrease in the load, whereas the intake pressure Pm decreases with a delay in the operation of the
[0189]
Therefore, in the
[0190]
In the case of (2), that is, when the actual supercharging pressure is larger than the target supercharging pressure and the actual EGR flow rate is smaller than the target EGR flow rate, the common rail pressure is corrected to decrease and the injection timing is corrected to retard. By reducing the common rail pressure, fuel atomization is slowed down and combustion is slowed down (smoke does not deteriorate because the amount of oxygen is sufficient), and the fuel injection timing is retarded to increase the ignition delay period. Thus, by promoting the mixing of the fuel and air, the low temperature premixed combustion is maintained also in this case, thereby suppressing the combustion noise.
[0191]
This is summarized in the table of FIG. 50. In FIG. 50, the upper right column corresponds to the case (1) above, and the lower left column corresponds to the case (2) above.
[0192]
In this case, according to the combination of the comparison result of the actual supercharging pressure and the target supercharging pressure and the comparison result of the actual EGR flow rate and the target EGR flow rate, the following cases (3) and (4) can be considered. For the cases of 3) and (4), the common rail pressure and the injection timing are controlled as follows.
(3) When the actual boost pressure is greater than the target boost pressure and the actual EGR flow rate is greater than the target EGR flow rate:
The reduction correction amount of the common rail pressure and the retardation correction amount of the injection timing are made smaller than in the case (2) (corresponding to the lower right column in FIG. 50).
(4) When the actual boost pressure is smaller than the target boost pressure and the actual EGR flow rate is smaller than the target EGR flow rate:
The increase correction amount of the common rail pressure and the retardation correction amount of the injection timing are made smaller than in the case (1) (corresponding to the upper left column in FIG. 50).
[0193]
Here, the cases (3) and (4) are for dealing with the case where the actual EGR flow rate is a response that overshoots. For example, if the change in EGR flow rate during shifting during acceleration is modeled as shown in FIG. 51, in the case of a normal response of the actual EGR flow rate, the control of the common rail pressure and the injection timing in the case of (2) above is used. did. However, in the case of a response that overshoots the actual EGR flow rate exceeding the target value (response with excessive gain in the figure), even in the section from t3 to t4 when the actual EGR flow rate exceeds the target EGR flow rate, When the control is performed, the common rail pressure decrease correction amount and the fuel injection timing retardation correction amount are too large. Therefore, in order to reduce each correction amount, the control in the case (3) is performed.
[0194]
The above control performed by the
[0195]
FIG. 52 shows common rail pressure correction amount K It is executed every 10 msec in the main calculation flow.
[0196]
In
[0197]
Here, the cylinder intake EGR amount Qec is used as the actual EGR flow rate, and the target cylinder intake EGR amount Tqec is used as the target value. However, the actual EGR flow rate Qe (calculated from FIG. 36) and the corresponding target value EGR as the target value. The flow rate Tqe (see FIG. 41) may be used. Since the actual supercharging pressure Pm_ist (detected by the sensor 72) is equal to the intake pressure Pm, Pm is used as a sign. Further, the target boost pressure Pm_sol is calculated in
[0198]
In
[0199]
Further, by searching a map having the contents shown in FIG. 54 in
[0200]
[Expression 18]
K Pail = KQB P × KQC P
The common rail pressure correction amount K Calculate Prail.
[0201]
Where the basic value KQB P gives the common rail pressure correction amount described above with reference to FIG. That is, KQB The value of P increases in proportion to dQec when TPm> Pm and Qec> Tqec (in the case of (1) above) (see the right side of FIG. 53), and when TPm <Pm and Qec <Tqec (above) (In the case of (2)), it is a value that becomes negative and large in proportion to dQec (see the left figure of FIG. 53). In the case of TPm> Pm and Qec <Tqec (in the case of (3) above), the slope of the straight line is made gentler (see the right diagram in FIG. 53) than in the case of (2) above, and similarly TPm <Pm and Qec> In the case of Tqec (in the case of (4) above), the slope of the straight line is made gentler than in the case of (1) (see the left figure in FIG. 53).
[0202]
In FIG. 54, A is a low temperature premixed combustion region, C is a normal diesel combustion region mainly composed of diffusion combustion, B is an intermediate region between them, and combustion noise is particularly remarkable in the region B. KQC in the area of B P is set to a maximum of 1.0.
[0203]
KQC in area A The reason why P = 0.8 is that in this region, the response is slow for both the EGR flow rate and the supercharging pressure. If the correction gain is large, there is a possibility of hunting. Therefore, the correction gain is reduced to prevent this hunting. Is.
[0204]
In the area C, KQC The reason why P = 0.6 is as follows. Since this region is a region where EGR is stopped and the high boost pressure is used, in principle, this region does not need to be corrected. However, KQC Since the value of P is ultimately determined by adaptation, the value at C may be required. Therefore, a value can be entered even in the region C (0.6 is a provisional value).
[0205]
FIG. 55 shows the injection timing correction amount K. It is a calculation flow of IT.
[0206]
[0207]
In
[0208]
[Equation 19]
K IT = KQB IT x KQC IT
The injection timing correction amount K_IT is calculated by the following formula.
[0209]
Where the basic value KQB IT gives the retard correction amount of the fuel injection timing described above with reference to FIG. That is, the basic value KQB IT is KQB in proportion to dQec when TPm> Pm and Qec> Tqec (case (1) above). When the value of IT is negative and large (see the right diagram in FIG. 56), and TPm <Pm and Qec <Tqec (in the case of (2) above), KQB is proportional to dQec. The value of IT is negative and large (see the left figure in FIG. 56). Further, in the case of TPm> Pm and Qec <Tqec (in the case of (3) above), the slope of the straight line is made gentler than that in the case of (2) (see the right side of FIG. 56), and similarly TPm <Pm and Qec> In the case of Tqec (in the case of (4) above), the slope of the straight line is made gentler than in the case of (1) (see the left figure in FIG. 56).
[0210]
Basic value KQB IT is given as a negative value, as will be described later in
[0211]
57, KQC in the area A P = 0.8, and KQC in C region P = 0.6 is for the same reason as in FIG.
[0212]
FIG. 58 is a calculation flow of the target common rail pressure TPrail.
[0213]
Here, in
[0214]
Specifically, in
[0215]
[Expression 20]
TPrail0 = TPrailB × KPTw × KPTa × KPPa
The target common rail pressure TPrail0 is calculated by the following formula.
[0216]
Here, as shown in FIG. 60, the value of the correction coefficient KPTw is set to a value larger than 1.0 at the time of low water temperature. This is prevented because the fuel temperature is low and the state of fuel spray becomes worse at low water temperature. It is to do. As shown in FIG. 61, when the intake fresh air temperature Ta is low, the correction coefficient KPTa is set to a value larger than 1.0 because the fuel spray is less likely to vaporize when the intake fresh air temperature Ta is low. This is to reduce the size. As shown in FIG. 62, when the atmospheric pressure Pa is low, the correction coefficient KPPa is set to a value larger than 1.0. If the atmospheric pressure Pa is low, the actual compression ratio becomes low and ignition becomes difficult. This is to make it easier to ignite.
[0217]
In
[0218]
[Expression 21]
TPrail1 = TPrail0 × K Prail
The target common rail pressure TPrail0 is corrected by the following equation, and the corrected target common rail pressure TPrail1 is set as the target common rail pressure TPrail1.
[0219]
In
[0220]
In
[0221]
FIG. 65 is a calculation flow of the target injection timing TIT. Here, in
[0222]
Specifically, in
[0223]
[Expression 22]
TIT0 = TITB × KITTw × KITTa × KITa
The target injection timing TIT0 is calculated by the following formula.
[0224]
Here, the basic value TITB is set so that fuel injection is started within a predetermined range after compression top dead center at the crank angle.
[0225]
The basic value TITB is a value (advance amount) measured from a predetermined crank angle position to the advance side. Therefore, the injection timing is advanced when the correction coefficients KITTw, KITTa, and KITPa are larger than 1.0. As shown in FIG. 67, the reason why the value of the correction coefficient KITTw is set to a value larger than 1.0 at the time of low water temperature is that the fuel temperature is low and combustion tends to be delayed at the time of low water temperature. It is for bringing. 68, the correction coefficient KITTa is set to a value larger than 1.0 when the intake fresh air temperature Ta is low, and the correction coefficient KITPa is set to a value larger than 1.0 when the atmospheric pressure Pa is low as shown in FIG. This is because of the same reason.
[0226]
In
[0227]
[Expression 23]
TIT1 = TIT0 + K IT
The target injection timing TIT0 is corrected by the following formula, and the corrected value is set as the target injection timing TIT1. Injection timing correction amount K Since IT is a negative value, the target injection timing is retarded by Equation 23.
[0228]
In
[0229]
Here, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG.
[0230]
According to this embodiment. When the actual supercharging pressure Pm is smaller than the target supercharging pressure TPm and the actual EGR flow rate is larger than the target EGR flow rate from the timing t1, the target common rail pressure TPrail is corrected to increase (see the broken line in the sixth stage in FIG. 49). ), Atomization of fuel spray is promoted, smoke is reduced, and the target injection timing TIT is retarded and the ignition delay period is increased as shown by the broken line in the seventh row of FIG. After mixing is promoted, it burns. In other words, the target common rail pressure and target injection timing are corrected so that low-temperature premixed combustion is realized, so that low-temperature premixed combustion is maintained even during start acceleration, thereby suppressing both combustion noise and smoke. (Refer to the dashed lines in the first and second stages from the bottom of FIG. 49).
[0231]
Further, according to the present embodiment, when the actual supercharging pressure Pm is larger than the target supercharging pressure TPm and the actual EGR flow rate becomes smaller than the target EGR flow rate from the timing t2, the target common rail pressure TPrail is corrected to decrease ( 49 (see the sixth stage broken line), the atomization of the fuel spray is slowed down and the combustion is slow (the smoke is not deteriorated because the oxygen amount is sufficient), and the target injection timing TIT as shown in the seventh stage broken line in FIG. Is retarded and the ignition delay period is increased, so that the mixture of fuel and air is promoted to burn. Even in this case, correction of the target common rail pressure and target injection timing is performed so that low-temperature premixed combustion is realized, and low-temperature premixed combustion is maintained even during shifting during start acceleration, thereby suppressing combustion noise. (See the dashed line in the second row from the bottom in FIG. 49).
[0232]
Although not shown, when the response is such that the actual EGR flow rate overshoots after a temporary increase immediately after the timing of t1, the control in the case of the above (1) is performed even in the section where the actual EGR flow rate is lower than the target EGR flow rate. Therefore, the increase correction amount of the target common rail pressure and the delay angle correction amount of the target injection timing are too large, or the response is such that the actual EGR flow rate overshoots after a temporary decrease immediately after the timing t2 (FIG. 51), when the control in the case (2) is performed even in the section where the actual EGR flow rate exceeds the target EGR flow rate, the target common rail pressure reduction correction amount and the target injection timing retardation correction amount are too large. However, in this case, according to the present embodiment, each correction amount is made smaller than in the cases (1) and (2), so that each correction amount is large. This makes it possible to give an appropriate correction amount even in the case of a response in which the actual EGR flow rate overshoots after a temporary increase or temporary decrease during start acceleration or during a shift during start acceleration. .
[0233]
On the other hand, a common rail fuel injection device and an EGR device are provided, an actual EGR rate is obtained from the oxygen concentration in the exhaust detected by the wide-range air-fuel ratio sensor, and at the time of acceleration when the actual EGR rate becomes higher than the target EGR rate. There is a conventional device that reduces the smoke by correcting the common rail pressure to increase, and conversely, when the actual EGR rate is lower than the target EGR rate, there is a conventional device that reduces the common rail pressure to reduce the amount of NOx generated. According to this, since a detection delay occurs in the wide-range air-fuel ratio sensor, correction of the fuel injection pressure is delayed at the initial stage of acceleration when the target EGR rate and the actual EGR rate are most different from each other, and this causes the smoke to be worsened or deteriorated. May occur.
[0234]
In this case, the comparison between the actual EGR rate and the target EGR rate may be a comparison between the actual EGR flow rate and the target EGR flow rate. Therefore, by calculating the actual EGR flow rate by model reference control, the response is good even during transient operation. Combining a device that obtains an actual EGR flow rate (see Japanese Patent Laid-Open No. 10-318047) and the above-described conventional device provides a correction amount of the fuel injection pressure in accordance with the response delay timing of the actual EGR flow rate. Can do.
[0235]
However, when a variable capacity turbocharger having a variable nozzle is provided in the turbine in order to avoid a decrease in the excess air ratio due to a large amount of EGR, a response delay of the actual boost pressure is caused by a so-called turbo lag during acceleration or shifting. Because this affects the actual EGR flow rate, in order to avoid a temporary increase in the actual EGR flow rate during acceleration, for example, by reducing the nozzle opening of the variable nozzle, the intake air flow rate is reduced and the excess air ratio is improved. However, this method may increase the temporary increase in the actual EGR flow rate during acceleration.
[0236]
On the other hand, in this embodiment, for an engine including an EGR device capable of mass EGR and a variable displacement turbocharger having a variable nozzle in the turbine, the actual EGR flow rate is controlled even during transient operation by model reference control. While calculating with good response, when the actual EGR flow rate obtained in this way is larger than the target EGR flow rate and the actual supercharging pressure is smaller than the target supercharging pressure, the target injection pressure is increased and corrected. When the actual EGR flow rate is smaller than the target EGR flow rate and the actual boost pressure is greater than the target boost pressure, the target injection pressure is corrected to decrease, so the engine in the practical operating range (low speed or low load) While improving both the exhaust composition and operability of the engine, there is a response delay of the actual EGR flow rate due to the operation delay of the EGR valve during acceleration or during shifting during acceleration. Further even when the turbo lag affects, it is possible to correct the fuel injection pressure to match the response delay of the phase of the actual EGR flow rate, it is possible to improve the correction accuracy of the injection pressure.
[0237]
In the embodiment, the case where both the target common rail pressure and the target injection timing are corrected has been described. However, only the target common rail pressure may be corrected.
[0238]
The embodiment has been described with an engine that includes a common rail fuel injection device (fuel injection pressure control device), an EGR device, and a variable displacement turbocharger, and performs low-temperature premixed combustion in a predetermined operation range (for example, a low and medium load range). However, the present invention is not limited to this, and can also be applied to an engine that performs normal diesel combustion mainly using diffusion combustion in the entire operation region.
[0239]
In the embodiment, the case where the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a control system diagram of a first embodiment.
FIG. 2 is a system diagram of a common rail fuel injection device.
FIG. 3 is an EGR control system diagram.
FIG. 4 is a flowchart for explaining calculation of a command opening degree given to a variable nozzle actuator.
FIG. 5 is a characteristic diagram of basic supercharging pressure.
FIG. 6 is a characteristic diagram of an atmospheric pressure correction value.
FIG. 7 is a characteristic diagram of the basic opening.
FIG. 8 is a characteristic diagram of an atmospheric pressure correction value.
FIG. 9 is a block diagram of an EGR control system.
FIG. 10 is a flowchart showing the calculation order of parameters in model reference control.
FIG. 11 is a flowchart for explaining cycle processing;
FIG. 12 is a flowchart for explaining calculation of a cylinder intake fresh air amount.
FIG. 13 is a flowchart for explaining calculation of a cylinder suction EGR amount.
FIG. 14 is a flowchart for explaining calculation of a volume efficiency equivalent value.
FIG. 15 is a characteristic diagram of air density.
FIG. 16 is a flowchart for explaining calculation of intake pressure.
FIG. 17 is a characteristic diagram of pressure with respect to sensor output voltage.
FIG. 18 is a flowchart for explaining calculation of intake air temperature.
FIG. 19 is a characteristic diagram of a vehicle speed correction value of intake air temperature.
FIG. 20 is a characteristic diagram of an intake air amount correction value of intake air temperature.
FIG. 21 is a flowchart for explaining calculation of cylinder intake gas temperature;
FIG. 22 is a flowchart for explaining calculation of a fuel injection amount.
FIG. 23 is a characteristic diagram of a basic fuel injection amount.
FIG. 24 is a characteristic diagram of a maximum injection amount.
FIG. 25 is a flowchart for explaining calculation of exhaust gas temperature.
FIG. 26 is a characteristic diagram of an exhaust gas temperature basic value.
FIG. 27 is a characteristic diagram of an intake air temperature correction coefficient.
FIG. 28 is a characteristic diagram of an exhaust pressure correction coefficient.
FIG. 29 is a characteristic diagram of a swirl correction coefficient.
FIG. 30 is a characteristic diagram of a nozzle opening correction coefficient.
FIG. 31 is a flowchart for explaining calculation of a nozzle effective area equivalent value;
FIG. 32 is a characteristic diagram of friction loss.
FIG. 33 is a characteristic diagram of nozzle loss.
FIG. 34 is a flowchart for explaining calculation of exhaust pressure.
FIG. 35 is a characteristic diagram in which the correlation between the actual measured value and the predicted value of the exhaust pressure is examined.
FIG. 36 is a flowchart for explaining calculation of an EGR flow rate.
FIG. 37 is a characteristic diagram of an EGR valve opening area equivalent value.
FIG. 38 is a flowchart for explaining calculation of a target EGR rate.
FIG. 39 is a characteristic diagram of a target EGR rate basic value.
FIG. 40 is a characteristic diagram of a target EGR rate correction value.
FIG. 41 is a flowchart for explaining calculation of a required EGR amount.
FIG. 42 is a flowchart for explaining calculation of a command EGR valve lift amount.
FIG. 43 is a characteristic diagram of an EGR valve target lift amount.
FIG. 44 is a model diagram of a flow in which the flow path area is reduced.
FIG. 45 is a model diagram used for examining the mechanical balance of the intake and exhaust systems.
FIG. 46 is a flowchart for explaining another exhaust gas pressure calculation.
FIG. 47 is a characteristic diagram of the exhaust pressure Pexh0.
FIG. 48 is a model diagram of a tapered nozzle.
FIG. 49 is a waveform diagram for explaining the operation of the present embodiment.
FIG. 50 is a table showing the control content of the embodiment.
FIG. 51 is a model diagram showing a change in actual EGR flow rate during shifting during acceleration.
FIG. 52 is a flowchart for explaining calculation of a common rail pressure correction amount.
FIG. 53 is a characteristic diagram of a basic value of a common rail pressure correction amount.
FIG. 54 is a characteristic diagram of an operating condition reflection coefficient.
FIG. 55 is a flowchart for explaining calculation of an injection timing correction amount.
FIG. 56 is a characteristic diagram of the basic value of the injection timing correction amount.
FIG. 57 is a characteristic diagram of an operating condition reflection coefficient.
FIG. 58 is a flowchart for explaining calculation of a target common rail pressure.
FIG. 59 is a characteristic diagram of a target common rail pressure basic value.
FIG. 60 is a characteristic diagram of a water temperature correction coefficient.
FIG. 61 is a characteristic diagram of an intake air temperature correction coefficient.
FIG. 62 is a characteristic diagram of an atmospheric pressure correction coefficient.
FIG. 63 is a characteristic diagram of maximum common rail pressure.
FIG. 64 is a characteristic diagram of minimum common rail pressure.
FIG. 65 is a flowchart for explaining calculation of a target injection timing.
FIG. 66 is a characteristic diagram of a target injection timing basic value.
FIG. 67 is a characteristic diagram of a water temperature correction coefficient.
FIG. 68 is a characteristic diagram of an intake air temperature correction coefficient.
FIG. 69 is a characteristic diagram of an atmospheric pressure correction coefficient.
FIG. 70 is a characteristic diagram of maximum injection timing.
FIG. 71 is a characteristic diagram of minimum injection timing.
FIG. 72 is a waveform diagram when the nozzle opening is reduced during acceleration.
FIG. 73 is a claim correspondence diagram of the first invention.
[Explanation of symbols]
2 Variable capacity turbocharger
2d variable nozzle
10 Common rail fuel injection system
17 Fuel injection valve
41 Control unit
57 EGR valve
Claims (6)
タービン内に可変ノズルを有する可変容量ターボチャージャと、
エンジンの負荷に応じた目標噴射圧力を演算する手段と、
エンジンの負荷に応じた目標EGR流量を演算する手段と、
この目標EGR流量が流れるように前記EGR弁を制御する手段と、
実EGR流量をモデル規範制御により演算する手段と、
エンジンの負荷に応じた目標過給圧を演算する手段と、
この目標過給圧が得られるように前記可変ノズル開度を制御する手段と、
実過給圧を検出する手段と、
この実過給圧と前記目標過給圧を比較するとともに、前記実EGR流量と前記目標EGR流量を比較する手段と、
これらの比較結果より実過給圧が目標過給圧より低くかつ実EGR流量が目標EGR流量より大きい場合に前記目標噴射圧力を増大補正する手段と、
この補正された目標噴射圧力となるように燃料噴射圧力を制御する手段と
を備えると共に、
前記比較結果より実過給圧が目標過給圧より低くかつ実EGR流量が目標EGR流量より大きい場合に目標噴射時期を遅角補正する
ことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。An EGR valve;
A variable capacity turbocharger having a variable nozzle in the turbine;
Means for calculating a target injection pressure according to the engine load;
Means for calculating a target EGR flow rate according to the engine load;
Means for controlling the EGR valve so that the target EGR flow rate flows;
Means for calculating the actual EGR flow rate by model reference control;
Means for calculating a target boost pressure according to the engine load;
Means for controlling the variable nozzle opening so as to obtain the target supercharging pressure;
Means for detecting the actual supercharging pressure;
Means for comparing the actual supercharging pressure and the target supercharging pressure, and comparing the actual EGR flow rate and the target EGR flow rate;
A means for increasing and correcting the target injection pressure when the actual supercharging pressure is lower than the target supercharging pressure and the actual EGR flow rate is larger than the target EGR flow rate based on these comparison results;
Means for controlling the fuel injection pressure so as to be the corrected target injection pressure ,
Based on the comparison result, when the actual boost pressure is lower than the target boost pressure and the actual EGR flow rate is greater than the target EGR flow rate, the target injection timing is retarded.
A control device for a diesel engine.
タービン内に可変ノズルを有する可変容量ターボチャージャと、
エンジンの負荷に応じた目標噴射圧力を演算する手段と、
エンジンの負荷に応じた目標EGR流量を演算する手段と、
この目標EGR流量が流れるように前記EGR弁を制御する手段と、
実EGR流量をモデル規範制御により演算する手段と、
エンジンの負荷に応じた目標過給圧を演算する手段と、
この目標過給圧が得られるように前記可変ノズル開度を制御する手段と、
実過給圧を検出する手段と、
この実過給圧と前記目標過給圧を比較するとともに、前記実EGR流量と前記目標EGR流量を比較する手段と、
これらの比較結果より実過給圧が目標過給圧より低くかつ実EGR流量が目標EGR流量より大きい場合に前記目標噴射圧力を増大補正する手段と、
この補正された目標噴射圧力となるように燃料噴射圧力を制御する手段と
を備えると共に、
前記比較結果より実過給圧が目標過給圧より低くかつ実EGR流量が目標EGR流量より小さい場合に前記目標噴射圧力の増大補正量よりも小さな補正量で前記目標噴射圧力を増大補正する
ことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。An EGR valve;
A variable capacity turbocharger having a variable nozzle in the turbine;
Means for calculating a target injection pressure according to the engine load;
Means for calculating a target EGR flow rate according to the engine load;
Means for controlling the EGR valve so that the target EGR flow rate flows;
Means for calculating the actual EGR flow rate by model reference control;
Means for calculating a target boost pressure according to the engine load;
Means for controlling the variable nozzle opening so as to obtain the target supercharging pressure;
Means for detecting the actual supercharging pressure;
Means for comparing the actual supercharging pressure and the target supercharging pressure, and comparing the actual EGR flow rate and the target EGR flow rate;
Means the increase correcting the target injection pressure when the actual boost pressure from these comparison results is lower than the target supercharging pressure and the actual EGR rate is larger than the target EGR rate,
Means for controlling the fuel injection pressure so as to be the corrected target injection pressure ,
Based on the comparison result, when the actual boost pressure is lower than the target boost pressure and the actual EGR flow rate is smaller than the target EGR flow rate, the target injection pressure is increased and corrected by a correction amount smaller than the target injection pressure increase correction amount.
A control device for a diesel engine.
Pexh=Kpexh×{(Qas0+Qf)/Avnt)}2×Texh+Pa
ただし、Pexh :排気圧、
Qas0 :吸入空気量、
Qf :燃料噴射量、
Avnt :可変ノズルの有効面積相当値、
Texh :タービン入口の排気温度、
Pa :コンプレッサ入口圧、
Kpexh:定数、
の式により演算することを特徴とする請求項3に記載のディーゼルエンジンの制御装置。An intake air amount Qas0, a fuel injection amount Qf, an effective area equivalent value Avnt of the variable nozzle and an exhaust temperature Texh are detected, and the exhaust pressure Pexh is determined using these four elements.
Pexh = Kpexh × {(Qas0 + Qf) / Avnt)} 2 × Texh + Pa
Where Pexh: exhaust pressure,
Qas0: intake air volume,
Qf: fuel injection amount,
Avnt: Effective area equivalent value of variable nozzle,
Texh: exhaust temperature at the turbine inlet,
Pa: compressor inlet pressure,
Kpexh: constant,
The diesel engine control device according to claim 3 , wherein the calculation is performed according to:
Pexhr=Kpexhn×{(Qas0+Qf)/Avnt)}2×Texh
ただし、Pexhr :タービン入口排気圧相当値、
Qas0 :吸入空気量、
Qf :燃料噴射量、
Avnt :可変ノズルの有効面積相当値、
Texh :タービン入口の排気温度、
Pa :コンプレッサ入口圧、
Kpexhn:定数、
の式により演算し、このタービン入口排気圧相当値Pexhrとコンプレッサ入口圧Paとから前記排気圧Pexhを演算することを特徴とする請求項3に記載のディーゼルエンジンの制御装置。An intake air amount Qas0, a fuel injection amount Qf, an effective area equivalent value Avnt of the variable nozzle, and an exhaust temperature Texh are detected, and using these four elements, a turbine inlet exhaust pressure equivalent value Pexhr is obtained.
Pexhr = Kpexhn × {(Qas0 + Qf) / Avnt)} 2 × Texh
Where Pexhr: turbine inlet exhaust pressure equivalent value,
Qas0: intake air volume,
Qf: fuel injection amount,
Avnt: Effective area equivalent value of variable nozzle,
Texh: exhaust temperature at the turbine inlet,
Pa: compressor inlet pressure,
Kpexhn: constant,
4. The diesel engine control device according to claim 3 , wherein the exhaust pressure Pexh is calculated from the turbine inlet exhaust pressure equivalent value Pexhr and the compressor inlet pressure Pa. 5.
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