JP2017190690A - Learning device - Google Patents
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Abstract
【課題】過給機が出力する空気における過給圧の精度を維持する技術を提供する。【解決手段】エンジン1は、燃料を給気と混合して燃焼させることにより車両の駆動力を発生する。過給機2は、エンジン1からの排気によって駆動され、給気を圧縮して給気圧を高める。加給圧センサ14は、過給機2が圧縮した給気の過給圧を計測する。ノズル制御部106は、過給機2を駆動させる排気の流速を調整するためのノズルの絞り量を制御する判定部101は、車両の状態が、過給圧に関する学習をするための所定の学習条件を満たしているか否かを判定する。学習部102は、判定部101によって車両の状態が学習条件を満たしていると判定された場合、ノズルの絞り量Nにおける過給圧の理論値Ptと、加給圧センサ14が計測した実際の過給圧Prとの関係を定める関数を算出して記憶する。【選択図】図1A technique for maintaining the accuracy of supercharging pressure in air output from a supercharger is provided. An engine 1 generates a driving force of a vehicle by mixing and burning fuel with supply air. The supercharger 2 is driven by the exhaust from the engine 1 and compresses the supply air to increase the supply air pressure. The boost pressure sensor 14 measures the boost pressure of the supply air compressed by the turbocharger 2. The nozzle control unit 106 controls the throttle amount of the nozzle for adjusting the flow rate of the exhaust gas that drives the supercharger 2. The determination unit 101 performs predetermined learning for the vehicle state to learn about the supercharging pressure. It is determined whether the condition is satisfied. When the determination unit 101 determines that the state of the vehicle satisfies the learning condition, the learning unit 102 detects the theoretical value Pt of the supercharging pressure at the nozzle throttle amount N and the actual excess pressure measured by the boosting pressure sensor 14. A function that determines the relationship with the supply pressure Pr is calculated and stored. [Selection] Figure 1
Description
本発明は学習装置に関し、特に、過給機の過給圧を制御するための学習装置に関する。 The present invention relates to a learning device, and more particularly to a learning device for controlling the supercharging pressure of a supercharger.
エンジンに過給機を取り付けることが広く一般におこなわれている。過給機は一般に、エンジンが排出した排気ガスの運動エネルギーにより駆動されるタービンと、そのタービンのトルクにより駆動されて空気を圧縮するコンプレッサとを備える。過給機を使用すれば、エンジンの燃焼室に供給する空気の充填量を増大できるので、エンジンの出力トルクを大きくすることができる。このような過給機の中には、タービンの回転数の変化率とコンプレッサにより圧縮された空気の圧力との関係を学習する学習制御手段を備えているものも存在する。 It is common practice to attach a turbocharger to an engine. Generally, a supercharger includes a turbine driven by kinetic energy of exhaust gas discharged from an engine, and a compressor driven by torque of the turbine to compress air. If the supercharger is used, the filling amount of air supplied to the combustion chamber of the engine can be increased, so that the output torque of the engine can be increased. Some of such turbochargers include a learning control unit that learns the relationship between the rate of change in the rotational speed of the turbine and the pressure of the air compressed by the compressor.
過給機は経年変化等によって初期の出力性能が変化する。仮に、タービンの回転数の変化率とコンプレッサにより圧縮された空気の圧力との関係を学習できたとしても、初期の出力性能とは異なる性能を持つ過給機が出力した空気の圧力を本来目標値にするためには、フィードバック制御が必要となる。このため、経年変化等によって出力性能が変化した過給機では、空気の圧力を本来の目標圧力にするためには時間を要することになり、結果としてエンジンの出力トルクを大きくするために要する時間も増大してしまう。 The initial output performance of a turbocharger changes due to changes over time. Even if the relationship between the rate of change in turbine speed and the pressure of the air compressed by the compressor can be learned, the original target is the air pressure output by the turbocharger with performance different from the initial output performance. In order to obtain a value, feedback control is required. For this reason, in a turbocharger whose output performance has changed due to aging, etc., it takes time to make the air pressure the original target pressure, and as a result, it takes time to increase the output torque of the engine. Will also increase.
本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、過給機が出力する空気における過給圧の精度を維持する技術を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of these points, and it aims at providing the technique of maintaining the precision of the supercharging pressure in the air which a supercharger outputs.
本発明のある態様は、学習装置である。この装置は、燃料を給気と混合して燃焼させることにより車両の駆動力を発生するエンジンと、前記エンジンからの排気によって駆動され、前記給気を圧縮して給気圧を高める過給機と、前記過給機が圧縮した給気の過給圧を計測する過給圧センサと、前記過給機を駆動させる排気の流速を調整するためのノズルの絞り量を制御するノズル制御部と、前記車両の状態が、前記過給圧に関する学習をするための所定の学習条件を満たしているか否かを判定する判定部と、前記判定部によって前記車両の状態が前記学習条件を満たしていると判定された場合、前記ノズルの絞り量Nにおける前記過給圧の理論値Ptと、前記過給圧センサが計測した実際の過給圧Prとの関係を定める関数を算出して記憶する学習部と、を備える。 One embodiment of the present invention is a learning device. The apparatus includes an engine that generates a driving force of a vehicle by mixing and burning fuel with supply air, and a supercharger that is driven by exhaust from the engine and compresses the supply air to increase a supply air pressure. A supercharging pressure sensor that measures a supercharging pressure of the air that is compressed by the supercharger, and a nozzle control unit that controls a throttle amount of a nozzle for adjusting a flow rate of exhaust gas that drives the supercharger, A determination unit that determines whether or not the vehicle state satisfies a predetermined learning condition for learning about the supercharging pressure, and the vehicle state satisfies the learning condition by the determination unit If it is determined, a learning unit that calculates and stores a function that determines a relationship between the theoretical value Pt of the supercharging pressure at the nozzle throttle amount N and the actual supercharging pressure Pr measured by the supercharging pressure sensor. And comprising.
前記ノズル制御部は、前記学習部が算出した関数に基づいて、前記実際の過給圧Prが前記理論値Ptとなるように、前記ノズルの絞り量Nを変更してもよい。 The nozzle control unit may change the throttle amount N of the nozzle based on the function calculated by the learning unit so that the actual supercharging pressure Pr becomes the theoretical value Pt.
前記車両の走行距離を計測する距離計測部をさらに備えてもよく、前記学習部は、前回学習を実行してから前記車両が走行した走行距離が所定の距離よりも長くなった後に前記学習条件を満たした場合、前記関数を再計算して記憶してもよい。 The vehicle may further include a distance measuring unit that measures a travel distance of the vehicle, wherein the learning unit performs the learning condition after the travel distance traveled by the vehicle after executing the previous learning becomes longer than a predetermined distance. If the above condition is satisfied, the function may be recalculated and stored.
前記学習部は、前記実際の過給圧Prを第1の軸、前記理論値Ptの値を第2の軸とする直交座標系にプロットした場合における前記理論値Ptと前記実際の過給圧Prとの関係を近似するK次多項式(Kは3以上の整数)の係数を算出してもよい。 The learning unit plots the theoretical value Pt and the actual supercharging pressure in a rectangular coordinate system having the actual supercharging pressure Pr as a first axis and the theoretical value Pt as a second axis. A coefficient of a Kth order polynomial (K is an integer of 3 or more) that approximates the relationship with Pr may be calculated.
前記学習条件は、(1)外気温が所定の温度範囲内、(2)前記排気の温度が所定の閾温度以上、(3)環流調整バルブが閉、(4)前記エンジンの回転数の変動が所定の回転数変動範囲内、(5)前記エンジンの気筒内に噴射される燃料の噴射量の変動が所定の噴射量範囲内、かつ(6)前記車両が前記排気の量と前記給気の量とに基づいてフィードバック制御によって前記給気の量を調整しているときであってもよい。 The learning conditions are: (1) the outside air temperature is within a predetermined temperature range, (2) the exhaust gas temperature is equal to or higher than a predetermined threshold temperature, (3) the recirculation control valve is closed, and (4) fluctuations in the engine speed. Is within a predetermined rotational speed variation range, (5) the variation in the injection amount of fuel injected into the cylinder of the engine is within a predetermined injection amount range, and (6) the vehicle has the exhaust amount and the air supply The amount of the air supply may be adjusted by feedback control based on the amount of air.
本発明によれば、過給機が出力する空気における過給圧の精度を維持する技術を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the technique which maintains the precision of the supercharging pressure in the air which a supercharger outputs can be provided.
本発明の実施の形態の概要を述べる。本発明の実施の形態は、主に車両に搭載されるディーゼルエンジンに供給する空気の充填量を大きくするために設けられた過給機の初期性能を維持することを目的とする学習装置に関する。学習装置は、過給機の初期性能における過給圧を算出するためのモデルを備えており、初期性能における過給圧と、現状の性能における過給圧との関係を学習する。この学習装置における学習処理は、ECU(Engine Control Unit)によって実現される。
以下、実施の形態に係る学習装置が実行する学習処理の前提として、過給機を含む車両の主要部の概要についてまず説明する。
An outline of an embodiment of the present invention will be described. Embodiments of the present invention relate to a learning apparatus that aims to maintain the initial performance of a supercharger that is provided mainly to increase the amount of air supplied to a diesel engine mounted on a vehicle. The learning device includes a model for calculating the supercharging pressure in the initial performance of the supercharger, and learns the relationship between the supercharging pressure in the initial performance and the supercharging pressure in the current performance. The learning process in this learning device is realized by an ECU (Engine Control Unit).
Hereinafter, an outline of a main part of a vehicle including a supercharger will be described first as a premise of a learning process performed by the learning device according to the embodiment.
<車両の主要部の概要>
図1は、本発明を適用する車両の主要部を模式的に示す図である。
エンジン1は、燃料を給気と混合して燃焼させることにより車両の駆動力を発生する。なお、インジェクタ12が、エンジン1に燃料を噴射供給する。インジェクタ12がエンジン1に噴射供給する燃料の量は、制御部10が制御する。
<Overview of main parts of vehicle>
FIG. 1 is a diagram schematically showing main parts of a vehicle to which the present invention is applied.
The engine 1 generates driving force of the vehicle by mixing fuel with supply air and burning it. The
以下本明細書において車両は例えばバスやトラック等の大型車両であり、エンジン1はディーゼルエンジンであることを前提とする。制御部10はECUであり、エンジン1を含め車両全体の動作を制御する。なお図1において、破線で示す矢印は、制御部10とその制御対象との間における制御信号や、制御部10が制御に用いるために各種センサが計測した計測データの流れを示す。
Hereinafter, in the present specification, it is assumed that the vehicle is a large vehicle such as a bus or a truck, and the engine 1 is a diesel engine. The
過給機2は、エンジン1からの排気によって駆動され、給気を圧縮してその圧力を高める。加給圧センサ14は、過給機2が圧縮した給気の過給圧を計測する。加給圧センサ14は、計測した過給圧を制御部10に出力する。
給気管4は過給機2のコンプレッサ出口からエンジン1まで延在し、給気スロットル5によって開閉される。環流調整バルブ3は、エンジン1へ給気するための給気管4に、エンジン1からの排気の一部を還流させる排気環流(Exhaust Gas Recirculation;EGR)量を調整する。
The
The air supply pipe 4 extends from the compressor outlet of the
排気管6は、過給機2のタービン出口から車両の外部まで延在する。排気スロットル7は、排気管6を開閉する。ダクト8は、外気から過給機2のコンプレッサ入口に至る位置に設置される。MAFセンサ9はダクト8に設置され、車両の外部から給気管4に吸い込む気体の流量であるMAF(MAss Flow)流量を計測する。
The
実施の形態に係る過給機2はVGS(Variable Geometry Turbocharger System)ターボとも呼ばれ、エンジン1の低回転時等において排気エネルギーが低いときでも効率よく過給することができる過給機である。このため過給機2を構成するタービンは、排気の流速を調整するためのノズルを備えるノズル付タービン15である。
The
回転数計測部13は、エンジン1の回転数を計測する。回転数計測部13は、計測した回転数を制御部10に出力する。また差圧センサ16は、環流調整バルブ3を挟んで前後の気体の圧力差を計測する。差圧センサ16は計測した圧力差を制御部10に出力する。
The rotational
制御部10内のノズル制御部106は、過給機2を駆動させる排気の流速を調整するために、上述したノズル付タービン15のノズルの絞り量を制御する。また制御部10内の開度制御部107は、環流調整バルブ3の開度を制御する。
なお、これらの他にも車両には、既知のセンサ、アクチュエータ、制御器などが設けられるが、説明は省略する。
The
In addition to these, the vehicle is provided with known sensors, actuators, controllers, etc., but description thereof is omitted.
図1に示す各部を搭載する車両が生産された後、過給機2が圧縮する空気の過給圧を目標の値とすることができるようにするために、ノズル付タービン15のノズルの絞り量とそのときの過給圧とのキャリブレーションが行われる。これにより、車両の個体差や車両の販売地によって異なる外部環境の相違が吸収される。結果として、ノズル制御部106は、過給機2が圧縮する空気の過給圧を高精度で制御することができるようになる。
In order to make it possible to set the supercharging pressure of the air compressed by the
なお、過給機2はエンジン1の出力を向上するために設けられる。上記のキャリブレーションによって求めたノズルの絞り量と過給圧との関係は、車両の初期性能を維持するための理論値を定めるマスターモデルとも言える。
The
マスターモデルは、制御部10内の記憶部105に格納される。図示はしないが、マスターモデルはノズル付タービン15におけるノズルの絞り量Nと、そのときの過給圧Pとの関係が表形式で記憶部105に格納されている。ノズル制御部106は記憶部105に格納された表を参照することにより、過給機2が出力する圧縮空気の圧力が、目標とする過給圧Pとなるためのノズルの絞り量Nを取得することができる。
The master model is stored in the
以下本明細書において、車両が生産された後のキャリブレーションによって定められたノズルの絞り量Nと過給圧Pとの関係を、「マスターモデル」と記載することがある。また、マスターモデルにしたがって算出された過給圧を、過給圧の「理論値Pt」又は「過給圧Pt」と記載することがある。さらに、実際に過給機2が出力した空気の圧力を「過給圧Pr」と記載することがある。
Hereinafter, in this specification, the relationship between the nozzle throttle amount N and the supercharging pressure P determined by calibration after the vehicle is produced may be referred to as a “master model”. Further, the supercharging pressure calculated according to the master model may be described as “theoretical value Pt” or “supercharging pressure Pt” of the supercharging pressure. Furthermore, the pressure of the air actually output from the
上述のキャリブレーションにより、いずれの車両も同様の初期性能を備える。しかしながら、一般に車両がユーザに使用されるにしたがって過給機2の性能は徐々に変化する。
Due to the calibration described above, all vehicles have similar initial performance. However, generally, the performance of the
具体的には、過給機2のノズル付タービン15は、エンジン1が排出した排気ガスの運動エネルギーにより駆動される。排気ガスは、燃料と空気との混合が燃焼して生成された気体であるため、煤等が含まれる場合がある。煤等が車両の使用とともにノズル付タービン15に固着することにより、ノズル付タービン15の動きのなめらかさが損なわれることもある。この結果、ノズル制御部106が指示する指示量が同一であったとしてもノズルの絞り量Nが想定より大きくなって排気ガスの流速が想定よりも遅くなることも起こりうる。そのようなことが起こると、ノズル付タービン15の回転数が想定よりも小さくなり、結果として過給機2が出力する空気の過給圧が想定よりも低下することになる。反対に、ノズルの絞り量Nが小さくなると、ノズル制御部106が指示する指示量が同一であったとしてもノズル付タービン15の回転数が大きくなり、過給機2が出力する空気の過給圧は上昇する。
Specifically, the nozzle-equipped
排気ガスに含まれる煤の量は、燃焼に用いられた燃料によっても異なり、またエンジン1の動作のさせ方、すなわち燃料の燃焼のさせ方によっても変わると考えられる。
このように、ノズルの絞り量Nと過給圧Pとの関係は、車両の経年変化にしたがってマスターモデルから徐々に乖離し、またその乖離の度合いも各車両の使用状況によっても変わってくる。この結果、車両の初期性能が維持できなくなりうる。
It is considered that the amount of soot contained in the exhaust gas varies depending on the fuel used for combustion, and also varies depending on how the engine 1 is operated, that is, how the fuel is burned.
As described above, the relationship between the nozzle throttle amount N and the supercharging pressure P gradually deviates from the master model in accordance with the aging of the vehicle, and the degree of the divergence also varies depending on the use situation of each vehicle. As a result, the initial performance of the vehicle may not be maintained.
このような状況に対応するために、車両が満たすべき性能の基準に対して車両の初期性能を十分に高く設定される。より具体的には、万が一車両の初期性能が発揮できなくなったとしても基準を満たすことができるように設計される。しかしながら、このような対応は車両のコスト高の要因となり得る。 In order to cope with such a situation, the initial performance of the vehicle is set sufficiently high with respect to the performance standard to be satisfied by the vehicle. More specifically, it is designed so that the standard can be satisfied even if the initial performance of the vehicle cannot be exhibited. However, such a response can be a factor in increasing the cost of the vehicle.
そこで実施の形態に係る学習部102は、マスターモデルにおける理論値である過給圧Ptと、実際に過給機2が出力する空気の圧力である過給圧Prとの関係を定める関数を算出して記憶する。ノズル制御部106は、学習部102が算出した関数に基づいて、過給機2による実際の過給圧Prが、マスターモデルにしたがう理論値Ptとなるように、ノズルの絞り量Nを変更する。これにより車両の経年変化等の要因でノズルの絞り量Nと過給圧Pとの関係がマスターモデルから乖離したとしても、記憶部105はマスターモデルにしたがう量の過給圧を得ることができる。
以下、実施の形態に係る学習部102が実行する学習についてより詳細に説明する。
Therefore, the
Hereinafter, learning performed by the
<学習のフロー>
図2は、実施の形態に係る学習部102が実行する学習処理の流れを説明するためのフローチャートである。本フローチャートにおける処理は、例えばエンジン1を搭載する車両が始動したときに開始する。
<Learning flow>
FIG. 2 is a flowchart for explaining a flow of learning processing executed by the
判定部101は、エンジン1を搭載する車両の状態が、学習部102が過給圧に関する学習を実行するための所定の学習実行条件を満たしているか否かを判定する(S2)。「所定の学習実行条件」は、学習部102による学習結果が信頼できる結果となるための条件である。具体的には車両が安定状態となる条件である。
The
判定部101は、少なくとも以下に列記する全ての条件が満たされたときに学習実行条件が成立したと判断する。
(条件1)外気温が所定の温度範囲内であること。
外気温度センサ(図示せず)で測定された外気の温度があらかじめ設定された下限値未満であるか上限値を超えていると、学習部102は学習しない。これは、温度によって空気の密度が大きく変わると、加給圧センサ14の読み値が影響を受けるからである。
The
(Condition 1) The outside air temperature is within a predetermined temperature range.
If the temperature of the outside air measured by an outside air temperature sensor (not shown) is less than a preset lower limit value or exceeds an upper limit value, the
(条件2)排気の温度が所定の閾温度以上であること。
排気温度センサ(図示せず)で測定された排気の温度があらかじめ設定された閾温度を下回っている場合、学習部102は学習しない。これは、排気の温度が低い場合排気密度も低くなるため、ノズル付タービン15の駆動力が影響を受けるからである。
(Condition 2) The temperature of the exhaust gas is equal to or higher than a predetermined threshold temperature.
If the temperature of the exhaust gas measured by the exhaust gas temperature sensor (not shown) is below a preset threshold temperature, the
(条件3)環流調整バルブ3が閉じていること。
EGR動作時には学習部102は学習しない。これは、ノズル付タービン15は排気によって駆動されるため、EGR動作時にはノズル付タービン15の駆動力が影響を受けるからである。
(Condition 3) The
During the EGR operation, the
(条件4)エンジン1の回転数の変動が所定の回転数変動範囲内であること。
エンジン1がハンチングしていてエンジン回転数の変動が大きいときは、吸入空気量が安定しないので、学習はしない。なお、回転数変動範囲の具体的な値はエンジン1によって異なるため、これらの性能等を考慮して実験により定めればよいが、車両の通常の使い方において想定される範囲内である。
(Condition 4) The fluctuation of the rotational speed of the engine 1 is within a predetermined rotational speed fluctuation range.
When the engine 1 is hunting and the fluctuation of the engine speed is large, the amount of intake air is not stable and learning is not performed. In addition, since the specific value of the rotation speed fluctuation range varies depending on the engine 1, it may be determined by experiment in consideration of these performances and the like, but is within a range assumed in normal use of the vehicle.
(条件5)エンジン1の気筒内に噴射される燃料の噴射量の変動が所定の噴射量範囲内であること。
燃料の噴射量が極端に変化する場合にはエンジン回転数の変動も大きくなると考えられる。この場合も吸入空気量が安定しないので、学習はしない。なお、噴射量変動範囲の具体的な値はエンジン1によって異なるため、これらの性能等を考慮して実験により定めればよいが、車両の通常の使い方において想定される範囲内である。
(Condition 5) The variation in the injection amount of the fuel injected into the cylinder of the engine 1 is within a predetermined injection amount range.
When the fuel injection amount changes extremely, it is considered that the fluctuation of the engine speed increases. In this case as well, learning is not performed because the amount of intake air is not stable. In addition, since the specific value of the injection amount fluctuation range varies depending on the engine 1, it may be determined by an experiment in consideration of these performances and the like, but is within a range assumed in normal use of the vehicle.
(条件6)車両が排気の量と給気の量とに基づいてフィードバック制御によって給気の量を調整しているときであること。 (Condition 6) The vehicle is adjusting the amount of air supply by feedback control based on the amount of exhaust and the amount of air supply.
判定部101は、車両の状態が学習実行条件を満たしていないと判定している間は(S4のNo)、ステップS2に戻って学習実行条件の判定を継続する。判定部101が、車両の状態が学習実行条件を満たしていると判定した場合(S4のYes)、学習部102は、ノズル付タービン15の回転数を制御するためのノズル付タービン15のノズルの絞り量Nを設定し(S6)、ノズル制御部106にノズル付タービン15のノズルの絞り量Nを制御させる。
While it is determined that the state of the vehicle does not satisfy the learning execution condition (No in S4), the
学習部102は、加給圧センサ14が計測した過給圧、すなわち過給機2が実際に出力した空気の圧力である過給圧Prを取得し(S8)、記憶部105に格納する。また学習部102は、記憶部105に格納されているマスターモデルを読み出して、設定したノズルの絞り量Nにおける過給圧の理論値Ptを取得し(S10)、過給圧Prと関連付けて記憶部105に格納する。理論値Ptと、実際の過給圧Prとの組み合わせが、学習部102の学習データとなる。実際の過給圧Prと理論値Ptとをそれぞれ2次元直交座標系におけるX座標、Y座標と見なすと、理論値Ptと、実際の過給圧Prとの一つの組み合わせは、2次元直交座標系における1点となる。
The
詳細は後述するが、実施の形態に係る学習部102は、過給圧の理論値Ptと実際の過給圧Prとの関係を、3次多項式を用いて近似する。3次多項式は4つの係数によって一意に定まるため、学習部102はノズルの絞り量Nの設定値を変更し、学習データを少なくとも4点取得すれば、3次多項式を特定できる。
Although details will be described later, the
学習データが揃っていない場合(S12のNo)、学習部102はステップS6に戻って、ステップS6からステップS10までの学習データ取得処理を継続する。学習データが全て揃うと(S12のYes)、学習部102は過給圧の理論値Ptと実際の過給圧Prとの関係を表す3次多項式の係数を決定し(S14)、記憶部105に記憶させる(S16)。学習部102が3次多項式の係数を決定し終えると、本フローチャートにおける処理は終了する。
If the learning data is not ready (No in S12), the
なお、一例として、学習部102はノズル付タービン15のノズルが完全に閉じた状態、すなわちノズルの開度が0%の状態から、ノズルが全開の状態、すなわちノズルの開度が100%の状態となるまで10%ずつ大きくなるようにノズルの絞り量Nを設定する。また学習部102は、同一のノズルの絞り量Nに対して10個の学習データを取得する。この場合、学習部102は110点の学習データを取得することになる。
As an example, the
図3は、実施の形態に係る学習部102が取得した学習データを2次元直交座標系にプロットしたグラフを模式的に示す図である。より具体的には、図3は、加給圧センサ14が計測した過給機2の実際の過給圧PrをX軸、学習部102がマスターモデルから算出した過給圧の理論値PtをY軸としてプロットしたグラフを示す。また図3において、符号Fで示す曲線は3次関数であり、過給圧の理論値Ptと実際の過給圧Prとの関係を表す近似曲線Fである。過給圧の理論値Ptと実際の過給圧Prとが一致する場合には、近似曲線Fは傾きが45度の直線となる。
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a graph in which learning data acquired by the
いま近似曲線Fが4つの係数A、B、C、及びDを用いて以下の式(1)で表せるとする。
Y(X)=AX3+BX2+CX+D (1)
ここでXは実際の過給圧Prであり、Yは過給圧の理論値Ptを表す。学習部102は、取得した学習データから、近似曲線Fを特定する4つの係数を算出する。以下、学習部102が実行する係数算出処理について説明する。
Assume that the approximate curve F can be expressed by the following equation (1) using four coefficients A, B, C, and D.
Y (X) = AX 3 + BX 2 + CX + D (1)
Here, X is the actual supercharging pressure Pr, and Y represents the theoretical value Pt of the supercharging pressure. The
<近似曲線Fの係数算出処理>
学習部102は、取得した学習データを表現する近似曲線Fの係数を、最小二乗法を用いて算出する。
いま、実際の過給圧Prの値をXn、Xnに対応する過給圧の理論値Ptの値をYnとする。nは1以上N以下の自然数であり、N点の学習データそれぞれに一意に定められたインデックスである。上記の例では、学習部102は110点の学習データを取得するため、nは1から110の間のいずれかの整数値となる。Xn、Ynを式(1)に代入すると、以下の式(2)を得る。
The
Now, let Xn be the actual value of the supercharging pressure Pr, and Yn be the theoretical value Pt of the supercharging pressure corresponding to Xn. n is a natural number of 1 or more and N or less, and is an index uniquely determined for each of N points of learning data. In the above example, since the
式(2)を行列を用いて書き直すと以下の式(3)を得る。
式(3)において、左辺は過給圧の理論値Ptを並べた列ベクトルであり、既知である。また右辺第1項は、加給圧センサ14が計測した実際の過給圧Prを用いて構成される行列であり、既知である。右辺第2項は、近似曲線Fを特定する4つの係数を並べた列ベクトルであり、未知である。式(3)からA、B、C、及びDを求める問題は、未知数の数が4であり式の数が110である優決定問題となる。
In Expression (3), the left side is a column vector in which the theoretical values Pt of the supercharging pressure are arranged, and is known. The first term on the right side is a matrix that is configured using the actual boost pressure Pr measured by the
過給圧の理論値Ptを並べた列ベクトルをT、実際の過給圧Prを用いて構成される行列をR、4つの係数を並べた列ベクトルをmとすると、式(3)は以下の式(4)となる。
T=Rm (4)
ベクトルmは、実際の過給圧Prを用いて過給圧の理論値Ptを説明するためのモデルパラメータとも言える。
When the column vector in which the theoretical values Pt of the supercharging pressures are arranged is T, the matrix constituted by using the actual supercharging pressure Pr is R, and the column vector in which the four coefficients are arranged is m, the equation (3) is Equation (4) is obtained.
T = Rm (4)
The vector m can also be said to be a model parameter for explaining the theoretical value Pt of the supercharging pressure using the actual supercharging pressure Pr.
mが適切に設定されれば、TとRmとの誤差が小さくなる。そこでTとRmと誤差を並べた列ベクトルeを、以下の式(5)で定義する。
e=T−Rm (5)
ベクトルeは、実際の過給圧Prで過給圧の理論値Ptを説明するためのモデルのモデル化誤差とも言える。
If m is set appropriately, the error between T and Rm becomes small. Therefore, a column vector e in which T, Rm, and errors are arranged is defined by the following equation (5).
e = T-Rm (5)
The vector e can be said to be a modeling error of a model for explaining the theoretical value Pt of the supercharging pressure with the actual supercharging pressure Pr.
式(5)で示される誤差ベクトルeの2ノルムの2乗、すなわちeTeを最小にするという意味での最適解moptは最小二乗解として周知であり、以下の式(6)で得られる。
式(7)を用いることにより、学習部102は、実際の過給圧Prを第1の軸(X軸)、理論値Ptを第2の軸(Y軸)とする直交座標系にプロットした場合における、理論値Ptと実際の過給圧Prとの関係を近似する3次多項式の係数を算出することができる。学習部102は、式(7)に基づいて算出した4つの係数A、B、C、及びDを、記憶部105に格納して記憶させる。
By using Expression (7), the
<近似曲線Fを用いた過給圧の補正>
図4は、実施の形態に係るノズル制御部106が実行するノズルの絞り量の補正処理を説明するための図である。図4において符号Lで示す破線は、Y=Xで表される直線であり、過給機2による実際の過給圧Prがマスターモデルにしたがう理論値Ptと一致する場合のグラフである。以下説明の便宜上、符号Lで示す破線を「理論直線L」と記載することがある。
<Correction of boost pressure using approximate curve F>
FIG. 4 is a diagram for explaining the nozzle aperture amount correction processing executed by the
図4に示す例では、Y軸の値、すなわちマスターモデルにしたがう理論値Ptの値が0からPeまでの間は、近似曲線Fが理論直線Lよりも上側に来ている。これは、マスターモデルにしたがう理論値Ptが過給機2による実際の過給圧Prよりも高いことを示している。したがって、ノズル制御部106がマスターモデルにしたがう理論値Ptの空気を出力させるべくノズルの絞り量Nを設定しても、過給機2による実際の過給圧Prがマスターモデルにしたがう理論値Ptよりも低くなることを意味する。したがって、図4において過給圧Ptの値が0からPeまでの領域は、いわば「過給圧不足領域」といえる。
In the example shown in FIG. 4, the approximate curve F is above the theoretical line L while the Y-axis value, that is, the theoretical value Pt according to the master model is from 0 to Pe. This indicates that the theoretical value Pt according to the master model is higher than the actual supercharging pressure Pr by the
一方、理論値Ptの値がPe以上の領域は、近似曲線Fが理論直線Lよりも下側に来ている。これは、過給機2による実際の過給圧Prがマスターモデルにしたがう理論値Ptよりも多くなっていることを示している。したがって、過給圧PtがPe以上の領域は、いわば「過給圧過多領域」といえる。
On the other hand, in the region where the value of the theoretical value Pt is equal to or greater than Pe, the approximate curve F is below the theoretical line L. This indicates that the actual supercharging pressure Pr by the
ノズル制御部106は、目標とする理論値Ptが過給圧過多領域に含まれる場合、ノズル付タービン15の回転数が小さくなるようにノズルの絞り量Nを変更する。反対にノズル制御部106は、目標とする理論値Ptが過給圧不足領域に含まれる場合、ノズル付タービン15の回転数が大きくなるようにノズルの絞り量Nを変更する。
When the target theoretical value Pt is included in the excessive boost pressure region, the
例えば図4に示す例において、過給圧の目標とする理論値PtがP1である場合、P1は過給圧過多領域に含まれる。このため、図4に示す近似曲線Fにおいて理論値P1に対応する実際の過給圧P2は、P1よりもΔPだけ多くなる。つまり、ノズル制御部106がマスターモデルにしたがって過給圧がP1となるようにノズルの絞り量Nを設定すると、過給機2による実際の過給圧P2は、理論値P2に対してΔPだけ多くなる。
For example, in the example shown in FIG. 4, when the theoretical value Pt that is the target of the boost pressure is P1, P1 is included in the excessive boost pressure region. Therefore, the actual supercharging pressure P2 corresponding to the theoretical value P1 in the approximate curve F shown in FIG. 4 is larger than P1 by ΔP. That is, when the
そこでノズル制御部106は、実際の過給圧PrをP1とするために、ノズル付タービン15の回転数が小さくなるようにノズルの絞り量Nを調整する。より具体的には、図4に示すように、近似曲線Fにおいて実際の過給圧PrがP1のときの理論値Ptの値はP3(<P1)であるので、ノズル制御部106は、マスターモデルにしたがった過給圧がP3となるようにノズルの絞り量Nを設定する。
Therefore, the
学習部102は、判定部101によって車両の状態が学習実行条件を満たしていると判定されるたびに、近似曲線Fの係数を学習によって更新していく。これにより、車両の経年変化等の要因でノズルの絞り量Nと過給圧Pとの関係がマスターモデルから乖離したとしても、ノズル制御部106はマスターモデルにしたがう過給圧の空気を過給機2に出力させることができる。結果として、車両の初期性能を維持することができる。
The
<実施の形態の効果>
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る学習装置によれば、過給機2が出力する空気における過給圧の精度を維持する技術を提供することができる。
特に、ノズル制御部106は学習部102の学習によって得られた結果、すなわちマスターモデルにしたがう過給圧の理論値Ptと実際に過給機2が出力する空気の過給圧Prとの関係を表す近似曲線Fにしたがってノズル付タービン15のノズルの絞り量を制御するため、過給機2の初期性能を維持することができる。
<Effect of Embodiment>
As described above, according to the learning device according to the embodiment of the present invention, it is possible to provide a technique for maintaining the accuracy of the supercharging pressure in the air output from the
In particular, the
また、本発明の実施の形態に係る学習装置は、あらかじめ車両が安定する状態を学習実行条件としておき、車両状態が学習実行条件を満たすとき学習部102が学習を実行する。このため、学習部102は過給圧の理論値Ptと実際の過給圧Prとの関係を正確に求めることができ、学習後のノズル付タービン15のノズルの絞り量の補正も正確になる。
In the learning device according to the embodiment of the present invention, a state in which the vehicle is stabilized is set as a learning execution condition in advance, and the
さらに、本発明の実施の形態に係る学習装置において、学習部102は学習を実行するたびに近似曲線Fを定める係数を更新する。このため、過給機2の経時変化やユーザが使用する燃料の相違等を吸収することができる。
Furthermore, in the learning device according to the embodiment of the present invention, the
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。以下そのような変形例を説明する。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention. Such modifications will be described below.
<第1の変形例>
上記では、学習部102が、判定部101によって車両の状態が学習実行条件を満たしていると判定されるたびに近似曲線Fの係数を学習によって更新する場合について説明した。しかしながら、学習部102による学習実行条件は上述した(条件1)〜(条件6)に限られず、さらに条件を追加してもよい。例えば(条件1)〜(条件6)に加えて、車両の走行距離に関する条件を追加してもよい。追加された条件に関する判定処理も、判定部101が実行する。
<First Modification>
The case has been described above where the
この場合、学習部102は、前回学習を実行してから車両が走行した走行距離が所定の距離よりも長くなった後に、車両の状態が上述の(条件1)〜(条件6)に示す学習実行条件を満たした場合、近似曲線Fを決定する関数の係数を再計算して記憶部105に記憶させてもよい。なお車両の走行距離は、図示しない距離計測部を設けることで計測すればよい。
In this case, the
なお所定の距離は、想定される車両の使用態様等を考慮して定めればよいが、例えば500kmである。これにより、短期間のうちに学習部102が幾度も近似曲線Fの係数を再計算することを抑制できる。
The predetermined distance may be determined in consideration of an assumed usage mode of the vehicle, and is, for example, 500 km. Thereby, it can suppress that the
また学習部102は、車両の走行距離に関する条件の追加に代えて、あるいはこれに加えて、車両の走行時間に関する条件を追加してもよい。この場合、学習部102は、前回学習を実行してから車両のエンジン1が動作した時間が所定の時間(例えば1ヶ月間)よりも長くなることも、学習実行の条件とする。これにより、短期間のうちに学習部102が幾度も近似曲線Fの係数の再計算を実行することを抑制できる。
Further, the
<第2の変形例>
上記では、学習部102は学習によって算出した近似曲線Fの係数を記憶部105に記憶させる場合について説明した。ここで学習部102は、記憶部105に記憶させた係数を上書きせずに、計算を実行した日時と紐付けて時系列データとして残してもよい。近似曲線Fはいわば車両の性能を端的に示す情報であるため、近似曲線Fの係数を時系列データとして保存することにより、車両の性能の時間変動をモニタすることができる。
<Second Modification>
The case where the
<第3の変形例>
上記では、近似曲線Fを3次の多項式で近似する場合について説明した。しかしながら、近似する多項式の次数は3次に限らず、K次(Kは3以上の整数)であってもよい。近似する多項式の次数は、実際の過給圧Prと理論値Ptとの関係を表すグラフの形状や学習部102の処理性能等を考慮して実験により定めればよい。
<Third Modification>
The case where the approximate curve F is approximated by a cubic polynomial has been described above. However, the order of the polynomial to be approximated is not limited to the third order, and may be the Kth order (K is an integer of 3 or more). The order of the polynomial to be approximated may be determined by experiment in consideration of the shape of the graph representing the relationship between the actual supercharging pressure Pr and the theoretical value Pt, the processing performance of the
1・・・エンジン
2・・・過給機
3・・・環流調整バルブ
4・・・給気管
5・・・給気スロットル
6・・・排気管
7・・・排気スロットル
8・・・ダクト
9・・・MAFセンサ
10・・・制御部
12・・・インジェクタ
13・・・回転数計測部
14・・・加給圧センサ
15・・・ノズル付タービン
16・・・差圧センサ
101・・・判定部
102・・・学習部
105・・・記憶部
106・・・ノズル制御部
107・・・開度制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (5)
前記エンジンからの排気によって駆動され、前記給気を圧縮して給気圧を高める過給機と、
前記過給機が圧縮した給気の過給圧を計測する過給圧センサと、
前記過給機を駆動させる排気の流速を調整するためのノズルの絞り量を制御するノズル制御部と、
前記車両の状態が、前記過給圧に関する学習をするための所定の学習条件を満たしているか否かを判定する判定部と、
前記判定部によって前記車両の状態が前記学習条件を満たしていると判定された場合、前記ノズルの絞り量Nにおける前記過給圧の理論値Ptと、前記過給圧センサが計測した実際の過給圧Prとの関係を定める関数を算出して記憶する学習部と、
を備えることを特徴とする学習装置。 An engine that generates driving force for the vehicle by mixing and burning fuel with the supply air; and
A turbocharger that is driven by exhaust from the engine and compresses the supply air to increase the supply air pressure;
A supercharging pressure sensor for measuring the supercharging pressure of the air compressed by the supercharger;
A nozzle control unit for controlling a throttle amount of a nozzle for adjusting a flow rate of exhaust gas for driving the supercharger;
A determination unit that determines whether or not a state of the vehicle satisfies a predetermined learning condition for learning about the supercharging pressure;
When the determination unit determines that the state of the vehicle satisfies the learning condition, the theoretical value Pt of the supercharging pressure at the throttle amount N of the nozzle and the actual overpressure measured by the supercharging pressure sensor. A learning unit that calculates and stores a function that determines a relationship with the supply pressure Pr;
A learning apparatus comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の学習装置。 The nozzle control unit changes the throttle amount N of the nozzle based on the function calculated by the learning unit so that the actual supercharging pressure Pr becomes the theoretical value Pt.
The learning apparatus according to claim 1.
前記学習部は、前回学習を実行してから前記車両が走行した走行距離が所定の距離よりも長くなった後に前記学習条件を満たした場合、前記関数を再計算して記憶する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の学習装置。 A distance measuring unit for measuring the travel distance of the vehicle;
The learning unit recalculates and stores the function when the learning condition is satisfied after the mileage traveled by the vehicle after the previous learning is performed is longer than a predetermined distance,
The learning apparatus according to claim 1, wherein the learning apparatus is a learning apparatus.
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の学習装置。 The learning unit plots the theoretical value Pt and the actual supercharging pressure in a rectangular coordinate system having the actual supercharging pressure Pr as a first axis and the theoretical value Pt as a second axis. Calculating a coefficient of a K-degree polynomial (K is an integer of 3 or more) approximating the relationship with Pr;
The learning device according to claim 1, wherein the learning device is a learning device.
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の学習装置。 The learning conditions are: (1) the outside air temperature is within a predetermined temperature range, (2) the exhaust gas temperature is equal to or higher than a predetermined threshold temperature, (3) the recirculation control valve is closed, and (4) fluctuations in the engine speed. Is within a predetermined rotational speed variation range, (5) the variation in the injection amount of fuel injected into the cylinder of the engine is within a predetermined injection amount range, and (6) the vehicle has the exhaust amount and the air supply The amount of the air supply is adjusted by feedback control based on the amount of
The learning device according to claim 1, wherein the learning device is a learning device.
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