JP2018178842A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、燃焼室内にスワール流(渦巻き状の流れ)を生じさせるためのスワールコントロールバルブを制御する内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine, and more particularly to a control device for an internal combustion engine that controls a swirl control valve for generating a swirl flow (a swirling flow) in a combustion chamber.
内燃機関の燃費向上のためには、内燃機関における損失を低減し、熱効率を向上させる必要がある。 In order to improve the fuel efficiency of the internal combustion engine, it is necessary to reduce the loss in the internal combustion engine and to improve the thermal efficiency.
内燃機関における損失の中には冷却損失が含まれる。冷却損失は、流動起因による冷却損失と、噴霧衝突起因による冷却損失とに大別される。流動起因による冷却損失とは、燃焼室内を気体が流動することにより、シリンダー壁面やシリンダヘッド、ピストンなどへの伝熱によって生じる損失である。噴霧衝突起因による冷却損失とは、噴射した燃料が燃焼室内で燃焼し、高温になった状態でシリンダー壁面などに衝突することによって生じる損失である。 The losses in internal combustion engines include cooling losses. The cooling loss is roughly classified into a cooling loss due to flow and a cooling loss due to spray collision. The cooling loss due to the flow is the loss caused by the heat transfer to the cylinder wall, the cylinder head, the piston, etc. by the gas flowing in the combustion chamber. The cooling loss due to the spray collision is a loss caused by the injected fuel being burned in the combustion chamber and colliding with a cylinder wall or the like in a high temperature state.
燃焼室内のスワール流が強い場合、流動起因による冷却損失が増大する。逆に、燃焼室内のスワール流が弱い場合、噴霧衝突起因による冷却損失が増大する。特開2015−161216号公報(特許文献1)には、このようなトレードオフの関係を考慮してスワール流を制御することにより、冷却損失を低減する技術が開示されている。 When the swirl flow in the combustion chamber is strong, the cooling loss due to the flow increases. Conversely, when the swirl flow in the combustion chamber is weak, the cooling loss due to the spray collision increases. JP-A-2015-161216 (Patent Document 1) discloses a technique for reducing the cooling loss by controlling the swirl flow in consideration of such a trade-off relationship.
しかしながら、特開2015−161216号公報に記載の技術では、冷却損失のみを考慮してスワール流が制御されており、他の損失については考慮されていない。エンジンにおける損失の中には、冷却損失の他に機械損失、排気損失、ポンプ損失がある。たとえば、スワール流を強くするために吸気経路を狭くすると、ポンプ損失が増大することが考えられる。そのため、特開2015−161216号公報に記載の技術では、冷却損失を抑制できるものの、他の損失が増大し、結果として燃費が悪化する可能性が有り得る。 However, in the technology described in JP-A-2015-161216, the swirl flow is controlled in consideration of only the cooling loss, and the other losses are not considered. Among losses in the engine, there are mechanical loss, exhaust loss and pump loss in addition to the cooling loss. For example, narrowing the intake path to strengthen the swirl flow may increase pump loss. Therefore, in the technique described in JP-A-2015-161216, although the cooling loss can be suppressed, other losses may increase, and as a result, the fuel efficiency may be deteriorated.
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、スワール流を制御することによって燃費を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a control device of an internal combustion engine capable of improving fuel consumption by controlling a swirl flow.
この発明は、要約すると、内燃機関の制御装置に関する。内燃機関は、燃焼室と、燃焼室内にスワール流を生じさせるためのスワールコントロールバルブとを備える。制御装置は、内燃機関への供給燃料量に基づいて投入熱量を算出する投入熱量算出部と、前記内燃機関における前記スワール流に関連したエネルギー損失を算出する損失算出部と、投入熱量およびエネルギー損失に基づいて内燃機関の熱効率を算出する熱効率算出部と、スワールコントロールバルブの開度を変化させたときの熱効率の変化に基づいて、熱効率が極大値に近づくようにスワールコントロールバルブの開度を制御するバルブ制御部とを備える。 The present invention relates generally to a control device for an internal combustion engine. The internal combustion engine includes a combustion chamber and a swirl control valve for generating a swirl flow in the combustion chamber. The control device includes an input heat amount calculation unit that calculates an amount of heat input based on the amount of fuel supplied to the internal combustion engine; a loss calculation unit that calculates an energy loss related to the swirl flow in the internal combustion engine; Based on the thermal efficiency calculation unit that calculates the thermal efficiency of the internal combustion engine and the change in thermal efficiency when changing the opening degree of the swirl control valve, the opening degree of the swirl control valve is controlled so that the thermal efficiency approaches the maximum value. And a valve control unit.
好ましくは、バルブ制御部は、内燃機関の排気温度が閾値を超える場合、スワールコントロールバルブの開度の制御を終了する。 Preferably, the valve control unit ends the control of the degree of opening of the swirl control valve when the exhaust gas temperature of the internal combustion engine exceeds a threshold.
好ましくは、バルブ制御部は、燃焼室内の圧力が閾値を超える場合、スワールコントロールバルブの開度の制御を終了する。 Preferably, when the pressure in the combustion chamber exceeds a threshold, the valve control unit ends the control of the opening degree of the swirl control valve.
好ましくは、損失算出部は、内燃機関の状態を示す複数のパラメータ値に基づいて、エネルギー損失を算出する。損失算出部は、複数のパラメータ値の一部を内燃機関に設置されたセンサから取得し、複数のパラメータ値の残りをセンサから取得したパラメータ値から推定する。 Preferably, the loss calculating unit calculates the energy loss based on a plurality of parameter values indicating the state of the internal combustion engine. The loss calculation unit acquires a part of the plurality of parameter values from the sensor installed in the internal combustion engine, and estimates the rest of the plurality of parameter values from the parameter values acquired from the sensor.
好ましくは、制御装置は、内燃機関の運転条件に応じた初期開度を設定する初期開度設定部をさらに備える。バルブ制御部は、山登り法を用いて、スワールコントロールバルブの開度を初期開度から変化させながら最適開度を探索し、スワールコントロールバルブの開度を最適開度に制御する。 Preferably, the control device further includes an initial opening setting unit that sets an initial opening according to the operating condition of the internal combustion engine. The valve control unit searches for the optimum opening degree while changing the opening degree of the swirl control valve from the initial opening degree using the hill climbing method, and controls the opening degree of the swirl control valve to the optimum opening degree.
好ましくは、損失算出部は、排気損失とポンプ損失と機械損失と冷却損失との合計損失をエネルギー損失として算出する。 Preferably, the loss calculating unit calculates a total loss of the exhaust loss, the pump loss, the mechanical loss and the cooling loss as an energy loss.
本発明によれば、熱効率を考慮してスワール流を制御することによって、内燃機関の燃費を向上させることができる。 According to the present invention, the fuel efficiency of the internal combustion engine can be improved by controlling the swirl flow in consideration of the thermal efficiency.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding portions are denoted by the same reference characters and description thereof will not be repeated.
(エンジンの全体構成)
図1は、本発明の実施の形態による内燃機関の一例として示されるエンジンの概略構成図である。図1に示されるように、エンジン1は、複数の気筒28を有する。図1では、エンジン1は、4つの気筒28を有するものとして示されるが、気筒28の数はこれに限定されるものではない。
(Whole engine configuration)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine shown as an example of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
エンジン1は、エアクリーナ12と、ターボチャージャー14と、インタークーラー20と、吸気マニホールド22と、スロットルバルブ24とを備える。
The
エアクリーナ12は、吸気通路に設けられ、吸気口10から吸入される空気に含まれる不純物を吸着することによって吸入空気を清浄する。
The
ターボチャージャー14は、コンプレッサ16と、タービン18とを含む。コンプレッサ16は、吸気通路に設けられる。タービン18は、排気通路に設けられる。コンプレッサ16とタービン18とは、互いに機械的に連結されており、一体的に回転する。排気ガスのエネルギーを受けてタービン18が回転し、タービン18に連動して回転するコンプレッサ16によって吸入空気が加圧される。
The
インタークーラー20は、ターボチャージャー14(コンプレッサ16)と吸気マニホールド22との間に設けられる。インタークーラー20は、コンプレッサ16によって加圧されて高温になった吸入空気を冷却する。インタークーラー20は、空冷式であってもよいし、水冷式であってもよい。
The
スロットルバルブ24は、吸気マニホールド22の上流に設けられ、吸入空気量を調節する。スロットルバルブ24は、ECU(Electronic Control Unit)60によって開度が制御される。
The
各気筒28は、複数の吸気ポートを有する。図1では、各気筒28は、2つの吸気ポートを有するものとして示されるが、吸気ポートの数はこれに限定されるものではない。また、各気筒28は、複数の排気ポートを有する。図1では、各気筒28は、2つの排気ポートを有するものとして示されるが、排気ポートの数もこれに限定されるものではない。各気筒28において、2つの吸気ポートの一方に、スワールコントロールバルブ(SCV)30が設けられる。
Each
図2は、各気筒28におけるスワールコントロールバルブ(SCV)30の配置例を示した図である。図2を参照して、気筒28内にはピストン76が設けられ、気筒28の上部に吸気ポート72および排気ポート74が設けられる。図2では、2つの吸気ポートのうち、スワールコントロールバルブ30が設けられる吸気ポート72が示されている。排気ポートについても、2つの排気ポートのうちの一方の排気ポート74が示されている。
FIG. 2 is a view showing an arrangement example of the swirl control valve (SCV) 30 in each
吸気ポート72にスワールコントロールバルブ30が設けられる。吸気ポート72の空気流量を絞る方向にスワールコントロールバルブ30を作動させて、吸気ポート72から燃焼室78に供給される空気量と、もう1つの吸気ポートから燃焼室78に供給される空気量とに差を設けることによって、燃焼室78内にスワール流を発生させることができる。スワールコントロールバルブ30の開度(以下、SCV開度という)は、ECU60によって制御される。
A
再び図1を参照して、エンジン1は、さらに、排気マニホールド32と、排気フィルタ34と、EGR通路38と、EGRバルブ40と、EGRクーラー42と、低圧EGR装置44と、排気絞り弁52とを備える。
Referring back to FIG. 1,
ターボチャージャー14のタービン18は、排気マニホールド32の下流に設けられ、排気通路の断面積が絞られることによって流速を増した排気ガスをブレードに受けて回転する。排気フィルタ34は、ターボチャージャー14(タービン18)の下流に設けられ、排気ガス中の粒子状物質を捕捉する。なお、触媒を用いて排気ガスを浄化する触媒装置を排気フィルタ34と組み合わせてもよい。
The
EGR通路38は、排気マニホールド32を吸気マニホールド22と接続し、排気マニホールド32から吸気マニホールド22へ排気ガスの一部を還流させる。EGRバルブ40は、EGR通路38に設けられ、ECU60によって開度が制御される。EGRクーラー42は、EGR通路38に設けられ、EGR通路38を通じて吸気マニホールド22へ還流される排気ガスを冷却する。
The
低圧EGR装置44は、低圧EGR通路46と、EGRクーラー48と、低圧EGRバルブ50とを含む。低圧EGR通路46は、排気フィルタ34よりも下流(すなわち、ターボチャージャー14のタービン18よりも下流)の排気通路を、ターボチャージャー14のコンプレッサ16よりも上流の吸気通路と接続し、排気フィルタ34の下流からコンプレッサ16の上流へ排気ガスの一部を還流させる。EGRクーラー48は、低圧EGR通路46に設けられ、低圧EGR通路46を通じて吸気通路へ還流される排気ガスを冷却する。低圧EGRバルブ50は、低圧EGR通路46に設けられ、ECU60によって開度が制御される。
The low
この低圧EGR装置44は、EGR通路38と、EGRバルブ40と、EGRクーラー42とによって構成されるEGR装置(低圧EGR装置44に対して「高圧EGR装置」とも称される。)よりも低温かつ大量の排気循環を可能とする。低圧EGR装置44と高圧EGR装置とを併用することによって、効果的なNOx低減を実現することができる。
The low
排気絞り弁52は、排気通路において低圧EGR装置44が接続される箇所よりも下流の排気通路36に設けられる。この排気絞り弁52は、必須のものではないが、低圧EGR装置44の作動時に排気絞り弁52を絞ることによって、低圧EGR通路46を通じて排気ガスを効率的に吸気通路へ還流させることができる。
The
エンジン1は、さらに、センサ群25とECU(Electronic Control Unit)60とを備える。
The
センサ群25は、エンジン1の状態を示す各種パラメータを検出する複数のセンサから構成される。センサ群25は、たとえば、ピストン速度、吸気温度、エンジン冷却水温、スロットル開度、過給圧、筒内圧、排気圧、排気温度、油温、新気量(吸気口10から吸入され、筒内に入ったガス量)、EGR量(EGRによって還流されるガス量)等を検出する。
The
ECU60は、CPU(Central Processing Unit)や、記憶装置、入出力バッファ等(いずれも図示せず)を含む制御装置である。ECU60は、センサ群25によって検出された各種パラメータを示す信号を受ける。ECU60は、それらの各信号に基づいて、エンジン1の各機器の制御を行なう。一例として、ECU60は、車両の走行状況に応じてエンジン1が所望の動作点で運転されるように、燃料噴射量を制御する。なお、ECU60によって実行される各種制御(処理)については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)によって処理することも可能である。
The
(SCV開度の制御の概要)
図1に示したような構成の内燃機関の燃費向上のためには内燃機関の熱効率向上が必要不可欠である。内燃機関への投入熱量(噴射した燃料量に比例)は、仕事(動力)と損失に消費される。このうち損失は、排気損失、ポンプ損失、機械損失、冷却損失に大別される。排気損失は、排気として捨てられるエネルギーを示す。ポンプ損失は、吸気および排気の抵抗によって生じる損失を示す。機械損失は、機械の摩擦抵抗によって生じる損失を示す。冷却損失は、燃焼ガスとシリンダー壁面との接触などによって失われるエネルギーを示す。
(Outline of control of SCV opening)
In order to improve the fuel efficiency of the internal combustion engine having the configuration as shown in FIG. 1, it is essential to improve the thermal efficiency of the internal combustion engine. The heat input to the internal combustion engine (proportional to the amount of fuel injected) is consumed for work (power) and loss. Among these, losses are roughly classified into exhaust loss, pump loss, mechanical loss, and cooling loss. Exhaust losses indicate the energy that is dumped as exhaust. Pump loss refers to the loss caused by intake and exhaust resistance. Mechanical losses are indicative of losses caused by the frictional resistance of the machine. The cooling loss represents energy lost due to contact between the combustion gas and the cylinder wall surface.
上述したように、冷却損失は、流動起因による冷却損失と噴霧衝突起因による冷却損失とに大別される。流動起因による冷却損失は、スワール流が強いほど増大する傾向にある。一方、噴霧衝突起因による冷却損失は、スワール流が弱いほど増大する傾向にある。また、一般に、スワール流の制御によって冷却損失が低減すると、排気温が上昇して排気損失が増大する傾向にある。そして、噴霧衝突起因による冷却損失を抑制するためにスワールコントロールバルブ30を閉方向に制御してスワール流を強めると、吸気抵抗が上昇し、ポンプ損失が増大する傾向にある。さらに、スワール流の制御によって冷却損失が増減することにより筒内圧が変化し、機械損失が増減することが考えられる。このように、スワール流の制御によって各種の損失が増減する。
As described above, the cooling loss is roughly classified into a cooling loss due to flow and a cooling loss due to spray collision. The cooling loss due to flow tends to increase as the swirl flow becomes stronger. On the other hand, the cooling loss due to the spray collision tends to increase as the swirl flow becomes weaker. In general, when the cooling loss is reduced by the control of the swirl flow, the exhaust temperature tends to increase and the exhaust loss increases. And if the
図3は、スワールコントロールバルブ30の開度(SCV開度)と熱効率との関係の一例を示す図である。ここで、熱効率とは、投入熱量に対する仕事の割合を示す値である。図3に示されるように、熱効率は、SCV開度に応じて変化し、SCV開度がある値をとるときに極大値を示す。ただし、熱効率が極大値付近となるときの最適SCV開度は、運転条件(燃料の噴射量、エンジン回転速度など)によって変化する。そこで、本実施の形態に係るECU60は、運転条件が変化するたびに、熱効率が極大値に近づくようにSCV開度を制御する。
FIG. 3 is a view showing an example of the relationship between the opening degree (SCV opening degree) of the
(ECU60の構成)
図4は、ECU60におけるSCV開度の制御に関する構成を示すブロック図である。図4に示されるように、ECU60は、投入熱量算出部110と、損失算出部120と、熱効率算出部130と、初期開度設定部140と、バルブ制御部150と、記憶部160とを備える。
(Configuration of ECU 60)
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration related to control of the SCV opening in the
投入熱量算出部110は、燃料噴射量に所定の比例係数を乗算することにより投入熱量Qiを算出する。
The heat
損失算出部120は、エンジン1における、スワール流に関連したエネルギー損失を算出する。スワール流に関連したエネルギー損失とは、スワールの強さの変化に応じて変動する損失である。損失算出部120は、排気損失算出部121とポンプ損失算出部122と機械損失算出部123と冷却損失算出部124とを備える。損失算出部120は、これら各部によってそれぞれ算出された排気損失Qexとポンプ損失Qpと機械損失Qmと冷却損失Qrとの合計損失Qloss(=Qex+Qp+Qm+Qr)をエネルギー損失として算出する。
The
排気損失算出部121は、排気温度から排気損失Qexを算出する。ポンプ損失算出部122は、ガス量(新気量、EGR量)、過給圧、スロットル開度、排気圧に基づいて、ポンプ損失Qpを算出する。機械損失算出部123は、幾何学上の図面値(たとえば、ストライベック線図によって示される値)、ピストン速度、筒内圧、油温、エンジン冷却水温に基づいて、機械損失Qmを算出する。冷却損失算出部124は、投入熱量、筒内圧、理論熱効率に基づいて、冷却損失Qrを算出する。
The exhaust
熱効率算出部130は、投入熱量Qiおよび合計損失Qlossから、熱効率E(=(Qi−Qloss)/Qi)を算出する。
The thermal
初期開度設定部140は、エンジン1の運転条件に応じて、スワールコントロールバルブ30の初期開度(ベース開度)を設定する。初期開度設定部140は、設定した初期開度を付加した制御開始指示をバルブ制御部150に出力する。
The initial opening
初期開度設定部140は、エンジン1が起動した直後、運転条件が安定したタイミングで当該運転条件に応じた初期開度を設定する。その後、初期開度設定部140は、エンジン1の運転条件が変化するたびに、初期開度を設定する。初期開度設定部140は、直近の所定期間におけるエンジン1の運転条件に応じた特徴量を算出し、記憶部に記憶されている前回特徴量との差が閾値を超える場合に、運転条件が変化したと判断する。たとえば、初期開度設定部140は、直近の所定期間における燃料噴射量の平均値およびエンジン回転速度の平均値を上記の特徴量として算出する。初期開度設定部140は、燃料噴射量の平均値が所定閾値を超えた場合、または、エンジン回転速度の平均値が所定閾値を超えた場合に、運転条件が変化したと判断する。初期開度設定部140は、運転条件が変化したと判断した場合、直近の所定期間の運転条件に応じた特徴量を前回特徴量として記憶部160に格納する。
Immediately after the
初期開度設定部140は、特徴量と初期開度とを対応付けた情報を予め記憶し、当該情報に基づいて、特徴量に応じた初期開度を設定する。当該情報は、たとえば、特徴量と初期開度とを対応付けたテーブルであり、予め実験等により作成される。
The initial opening
バルブ制御部150は、複数段階のSCV開度から選択された1つのSCV開度になるようにスワールコントロールバルブ30を制御する。
The
バルブ制御部150は、制御開始指示を受けると、SCV開度を変化させたときの熱効率Eの変化に基づいて、熱効率Eが極大値に近づくようにSCV開度を制御する。具体的には、バルブ制御部150は、山登り法を用いて、SCV開度を初期開度から変化させながら最適SCV開度を探索する。バルブ制御部150は、最適SCV開度を見つけ出すと探索処理を終了し、スワールコントロールバルブ30の開度を最適SCV開度に維持する。バルブ制御部150におけるSCV開度の制御の詳細については後述する。
When the control start instruction is received, the
記憶部160は、初期開度設定部140およびバルブ制御部150が処理を実行する際に用いられるデータを記憶する。たとえば、記憶部160は、初期開度設定部140により運転条件の変更があったと判断されたときの直近の所定期間の運転条件に応じた特徴量を前回特徴量として記憶する。
The
(バルブ制御部によるSCV開度の制御の方法)
図5を参照して、バルブ制御部150によるSCV制御の処理の流れについて説明する。図5は、バルブ制御部150によるSCV制御の処理の流れを示すフローチャートである。
(Method of controlling SCV opening by valve controller)
The flow of processing of SCV control by the
バルブ制御部150は、制御開始指示を初期開度設定部140から受けると、ステップS1において、スワールコントロールバルブ30のSCV開度を制御開始指示に付加された初期開度に変更する。
When receiving the control start instruction from the initial opening
次にステップS2において、バルブ制御部150は、スワールコントロールバルブ30が初期開度であるときの各種パラメータ値から算出された熱効率E(0)を熱効率算出部130から取得する。なお、熱効率算出部130は、スワールコントロールバルブ30が初期開度であるときの各種パラメータ値から算出された投入熱量Qiおよび合計損失Qlossに基づいて熱効率E(0)を算出する。
Next, in step S2, the
次にステップS3において、バルブ制御部150は、SCV開度を初期開度から1段階だけ閉方向側に変更する。さらに、バルブ制御部150は、SCV開度の変更回数を示す変数kを1に設定し、1回目の制御方向が閉方向であることを示す方向情報を記憶部160に格納する。
Next, in step S3, the
次にステップS4において、バルブ制御部150は、現状のSCV開度における各種パラメータ値から算出された熱効率E(k)(最初のステップS4ではE(1))を熱効率算出部130から取得する。
Next, in step S4, the
次にステップS5において、バルブ制御部150は、前回算出された熱効率E(k−1)(最初のステップS5ではE(0))と、ステップS4において算出された熱効率E(k)(最初のステップS5ではE(1))とを比較し、前回から熱効率Eが増大しているか判断する。
Next, at step S5, the
熱効率Eが増大している場合(S5でYES)、バルブ制御部150は、変数kを1だけ加算する(ステップS6)。その後、バルブ制御部150は、記憶部160に格納された方向情報によって示されるk−1回目の制御方向と同じ方向に1段階だけSCV開度を変更する(ステップS7)。さらに、ステップS7において、バルブ制御部150は、k回目の制御方向(閉方向または開方向のいずれか)を示す方向情報を記憶部160に格納する。最初のステップS5においてYESと判断された場合、バルブ制御部150は、ステップS7において、閉方向に1段階だけSCV開度を変更し、2回目の制御方向が閉方向であることを示す方向情報を記憶部160に格納する。
If the thermal efficiency E is increasing (YES in S5), the
一方、熱効率Eが増大していない場合(S5でNO)、バルブ制御部150は、変数kを1だけ加算する(ステップS8)。その後、バルブ制御部150は、記憶部160に格納された方向情報によって示されるk−1回目の制御方向と逆の方向に1段階だけSCV開度を変更する(ステップS9)。さらに、ステップS9において、バルブ制御部150は、k回目の制御方向(閉方向または開方向のいずれか)を示す方向情報を記憶部160に格納する。最初のステップS5においてNOと判断された場合、バルブ制御部150は、ステップS9において、開方向に1段階だけSCV開度を変更し、2回目の制御方向が開方向であることを示す方向情報を記憶部160に格納する。
On the other hand, if the thermal efficiency E has not increased (NO in S5), the
次にステップS10において、バルブ制御部150は、変数kが2以下であるか判断する。変数kが2以下である場合(S10でYES)、処理はステップS4に戻される。
Next, in step S10, the
変数kが2を超える場合(S10でNO)、バルブ制御部150は、k−1回目の制御方向とk回目の制御方向とが同じであるか否かを判断する(ステップS11)。k−1回目の制御方向とk回目の制御方向とが同じである場合(S11でYES)、処理はステップS4に戻される。k−1回目の制御方向とk回目の制御方向とが異なる場合(S11でYES)、処理は終了する。
If the variable k exceeds 2 (NO in S10), the
上記の処理によれば、最初のステップS5〜S9の処理により、初期開度が最適SCV開度よりも開方向側であるのか閉方向側であるのかが認識される。初期開度が最適SCV開度よりも開方向側である場合、ステップS3においてSCV開度が閉方向側に変更されることによって、熱効率Eが上昇する。そのため、初期開度が最適SCV開度よりも開方向側である場合、ステップS5においてYESと判断され、2回目の制御方向が閉方向であることを示す方向情報が記憶部160に格納される。逆に、初期開度が最適SCV開度よりも閉方向側である場合、ステップS3においてSCV開度が閉方向側に制御されることによって、熱効率Eが低下する。そのため、初期開度が最適SCV開度よりも閉方向側である場合、ステップS5においてNOと判断され、2回目の制御方向が開方向であることを示す方向情報が記憶部160に格納される。そのため、2回目の制御方向が閉方向および開方向のいずれであるかによって、初期開度が最適SCV開度よりも開方向側であるのか閉方向側であるのかが認識される。
According to the above process, it is recognized by the process of the first steps S5 to S9 whether the initial opening is on the side of the opening direction or on the side of the closing direction with respect to the optimal SCV opening. If the initial opening is closer to the opening than the optimum SCV opening, the thermal efficiency E is increased by changing the SCV opening to the closing direction in step S3. Therefore, if the initial opening is closer to the opening than the optimum SCV opening, YES is determined in step S5, and
初期開度が最適SCV開度よりも開方向側である場合(つまり、2回目の制御方向が閉方向である場合)、ステップS4〜S11が繰り返されることにより、熱効率Eが極大値に最も近くなるまでSCV開度が閉方向に段階的に制御される。熱効率Eが極大値に最も近づいた後にさらにSCV開度が閉方向に1段階だけ変更されると、熱効率Eが減少する。そのため、ステップS9においてSCV開度が1段階だけ開方向に戻され、処理が終了する。これにより、スワールコントロールバルブ30は、熱効率Eが極大値に最も近い最適SCV開度に制御される。その結果、エンジン1の燃費が向上する。
If the initial opening is closer to the opening than the optimum SCV opening (that is, if the second control direction is the closing direction), steps S4 to S11 are repeated, whereby the thermal efficiency E is closest to the maximum value. Until then, the SCV opening is controlled stepwise in the closing direction. If the SCV opening is further changed by one step in the closing direction after the thermal efficiency E approaches the maximum value, the thermal efficiency E decreases. Therefore, in step S9, the SCV opening degree is returned in the opening direction by one step, and the process ends. Thereby, the
同様にして、初期開度が最適SCV開度よりも閉方向側である場合(つまり、2回目の制御方向が閉方向である場合)、ステップS4〜S11が繰り返されることにより、熱効率Eが極大値に最も近くなるまでSCV開度が開方向に段階的に制御される。熱効率Eが極大値に最も近づいた後にさらにSCV開度が開方向に1段階だけ変更されると、熱効率Eが減少する。そのため、ステップS9においてSCV開度が1段階だけ閉方向に戻され、処理が終了する。これにより、スワールコントロールバルブ30は、熱効率Eが極大値に最も近い最適SCV開度に制御される。その結果、エンジン1の燃費が向上する。
Similarly, when the initial opening is closer to the closing direction than the optimum SCV opening (that is, when the second control direction is the closing direction), steps S4 to S11 are repeated to maximize the thermal efficiency E. The SCV opening is controlled stepwise in the opening direction until it is closest to the value. If the SCV opening is further changed by one step in the opening direction after the thermal efficiency E approaches the maximum value, the thermal efficiency E decreases. Therefore, in step S9, the SCV opening degree is returned by one step in the closing direction, and the process is ended. Thereby, the
なお、図5に示す処理は、エンジン1の運転条件が変更されるたびに実行される。これにより、エンジン1の運転条件に応じた最適SCV開度になるようにスワールコントロールバルブ30が適宜制御される。
The process shown in FIG. 5 is executed each time the operating condition of the
(変形例1)
熱効率Eが極大値に近づくようにSCV開度を制御する場合、冷却損失が低減することによって排気温度が上昇することが考えられる。そこで、排気温度が排気マニホールド32の耐久温度を超えないように、バルブ制御部150は、排気温度が予め設定された閾値(上限値)を超えた場合には、スワールコントロールバルブ30の開度を現在の開度に維持するとともに、熱効率Eが極大値に近づくようにSCV開度を制御する処理を終了してもよい。なお、当該閾値は、排気マニホールド32の耐久温度よりも低い温度に設定される。
(Modification 1)
When the SCV opening degree is controlled so that the thermal efficiency E approaches the maximum value, it is conceivable that the exhaust gas temperature rises due to the reduction of the cooling loss. Therefore, when the exhaust gas temperature exceeds a preset threshold value (upper limit value), the
図6を参照して、変形例1に係るバルブ制御部150のSCV制御の処理の流れについて説明する。図6は、変形例1に係るバルブ制御部150によるSCV制御の処理の流れを示すフローチャートである。
A flow of processing of SCV control of the
変形例1におけるSCV制御では、ステップS10の前にステップS20が実行される。ステップS20において、バルブ制御部150は、排気温度が閾値を超えたか否かを判断する。排気温度が閾値を超えていない場合(S20でNO)、処理は、S10に移る。一方、排気温度が閾値を超えた場合(S20でYES)、バルブ制御部150は、SCV開度の制御の処理を終了する。これにより、排気温度が排気マニホールド32の耐久温度を超えることを防止することができる。
In SCV control in the first modification, step S20 is executed before step S10. In step S20, the
(変形例2)
熱効率Eが極大値に近づくようにSCV開度を制御する場合、熱効率の上昇に伴って筒内圧が上昇することが考えられる。そこで、筒内圧がシリンダーの限界を超えないように、バルブ制御部150は、筒内圧が予め設定された閾値(上限値)を超えた場合には、スワールコントロールバルブ30の開度を現在の開度に維持するとともに、熱効率Eが極大値に近づくようにSCV開度を制御する処理を終了してもよい。なお、当該閾値は、シリンダー等の機械耐久性を考慮して設定される。
(Modification 2)
When controlling the SCV opening degree so that the thermal efficiency E approaches the maximum value, it is conceivable that the in-cylinder pressure increases with the increase of the thermal efficiency. Therefore, when the in-cylinder pressure exceeds a preset threshold value (upper limit value), the
図7を参照して、変形例2に係るバルブ制御部150のSCV制御の処理の流れについて説明する。図7は、変形例2に係るバルブ制御部150によるSCV制御の処理の流れを示すフローチャートである。
A flow of processing of SCV control of the
変形例2におけるSCV制御では、ステップS10の前にステップS30が実行される。ステップS30において、バルブ制御部150は、筒内圧が閾値を超えたか否かを判断する。筒内圧が閾値を超えていない場合(S30でNO)、処理は、S10に移る。一方、筒内圧が閾値を超えた場合(S30でYES)、バルブ制御部150は、SCV開度の制御の処理を終了する。これにより、筒内圧がシリンダーの限界を超えることを防止することができる。
In SCV control in the second modification, step S30 is executed before step S10. In step S30, the
(変形例3)
損失算出部120は、排気損失Qexとポンプ損失Qpと機械損失Qmと冷却損失Qrとを算出するために用いる複数のパラメータ値の一部をセンサ群25から取得し、残りをセンサ群25から取得したパラメータ値に基づいて推定してもよい。これにより、センサ数を低減して、エンジン1のコストを抑制することができる。
(Modification 3)
The
たとえば、損失算出部120は、ターボチャージャー14のタービン18における排気ガスの通過面積に比例するVNターボ絞り面積係数と、新気量(g/s)と、燃料噴射量(g/s)と、過給圧(kPa)とに基づいて、以下の式(1)によって排気圧(kPa)を推定する。
For example, the
排気圧=(新気量+燃料噴射量)×過給圧/VNターボ絞り面積係数・・・(1)
また、損失算出部120は、上記の式(1)によって算出した排気圧(kPa)と、燃料噴射量(g/s)と、当量比と、過給圧(kPa)とに基づいて、以下の式(2)によって排気温度を推定する。
Exhaust pressure = (fresh air amount + fuel injection amount) x supercharging pressure / VN turbo throttle area coefficient ... (1)
In addition, the
排気温度=燃料噴射量×当量比×過給圧/排気圧・・・(2)
(変形例4)
上記の説明では、熱効率算出部130は、排気損失Qexとポンプ損失Qpと機械損失Qmと冷却損失Qrとの合計損失Qlossに基づいて熱効率Eを算出するものとした。ただし、スワール流の強さの変化による変動量が小さい損失については省略してもよい。たとえば、スワール流の強さが変化したも機械損失Qmの変動量が無視できるほど小さい場合、熱効率算出部130は、排気損失Qexとポンプ損失Qpと冷却損失Qrとの合計損失(=Qex+Qp+Qr)に基づいて熱効率Eを算出してもよい。
Exhaust temperature = fuel injection amount × equivalent ratio × supercharging pressure / exhaust pressure (2)
(Modification 4)
In the above description, the thermal
以上説明したように、図1に示すエンジン1は、燃焼室78と、燃焼室78内にスワール流を生じさせるためのスワールコントロールバルブ30とを備える。図4に示すように、ECU(制御装置)60は、投入熱量算出部110と損失算出部120と熱効率算出部130とバルブ制御部150とを備える。投入熱量算出部110は、エンジン1への供給燃料量に基づいて投入熱量Qiを算出する。損失算出部120は、エンジン1における、スワール流に関連したエネルギー損失を算出する。熱効率算出部130は、投入熱量Qiおよび損失に基づいてエンジン1の熱効率Eを算出する。バルブ制御部150は、SCV開度を変化させたときの熱効率Eの変化に基づいて、熱効率Eが極大値に近づくようにSCV開度を制御する。このように、スワール流は、熱効率Eが極大値に近づくように制御される。これによって、エンジン1の燃費が向上する。
As described above, the
好ましくは、バルブ制御部150は、排気温度が閾値を超える場合、スワールコントロールバルブ30の開度を現在の開度に維持するとともにSCV開度の制御を終了する。これにより、排気温度が排気マニホールド32の耐久温度を超えることを防止することができる。
Preferably, when the exhaust gas temperature exceeds the threshold value, the
好ましくは、バルブ制御部150は、燃焼室78内の圧力(筒内圧)が閾値を超える場合、スワールコントロールバルブ30の開度を現在の開度に維持するとともにSCV開度の制御を終了する。これにより、筒内圧がシリンダーの限界を超えることを防止することができる。
Preferably, when the pressure (in-cylinder pressure) in the
好ましくは、損失算出部120は、エンジン1の状態を示す複数のパラメータ値に基づいて、エネルギー損失を算出する。損失算出部120は、複数のパラメータ値の一部をエンジン1に設置されたセンサ群25から取得し、複数のパラメータ値の残りをセンサ群25から取得したパラメータ値から推定してもよい。これにより、エンジン1に設置されるセンサ数を低減して、エンジン1のコストを抑制することができる。
Preferably, the
好ましくは、ECU60は、エンジン1の運転条件に応じた初期開度を設定する初期開度設定部140をさらに備える。バルブ制御部150は、山登り法を用いて、SCV開度を初期開度から変化させながら最適SCV開度を探索し、スワールコントロールバルブ30の開度を探索した最適SCV開度に制御する。これにより、運転条件にかかわらず固定の初期開度が設定される場合に比べて、バルブ制御部150における山登り法を用いた最適SCV開度の探索に要する時間を短縮することができる。
Preferably, the
好ましくは、損失算出部120は、排気損失Qexとポンプ損失Qpと機械損失Qmと冷却損失Qrとの合計損失Qlossを上記のエネルギー損失として算出する。これにより、熱効率Eが精度良く算出される。
Preferably, the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is indicated not by the above description but by the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.
1 エンジン、10 吸気口、12 エアクリーナ、14 ターボチャージャー、16 コンプレッサ、18 タービン、20 インタークーラー、22 吸気マニホールド、24 スロットルバルブ、25 センサ群、28 気筒、30 スワールコントロールバルブ、32 排気マニホールド、34 排気フィルタ、36 排気通路、38 EGR通路、40 EGRバルブ、42,48 EGRクーラー、44 EGR装置、46 低圧EGR通路、50 低圧EGRバルブ、52 排気絞り弁、60 ECU、72 吸気ポート、74 排気ポート、76 ピストン、78 燃焼室、110 投入熱量算出部、120 損失算出部、121 排気損失算出部、122 ポンプ損失算出部、123 機械損失算出部、124 冷却損失算出部、130 熱効率算出部、140 初期開度設定部、150 バルブ制御部、160 記憶部。
Claims (6)
前記制御装置は、
前記内燃機関への供給燃料量に基づいて投入熱量を算出する投入熱量算出部と、
前記内燃機関における前記スワール流に関連したエネルギー損失を算出する損失算出部と、
前記投入熱量および前記エネルギー損失に基づいて前記内燃機関の熱効率を算出する熱効率算出部と、
前記スワールコントロールバルブの開度を変化させたときの前記熱効率の変化に基づいて、前記熱効率が極大値に近づくように前記スワールコントロールバルブの開度を制御するバルブ制御部とを備える、内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine, the internal combustion engine comprising: a combustion chamber; and a swirl control valve for generating a swirl flow in the combustion chamber,
The controller is
An input heat amount calculation unit that calculates the amount of heat input based on the amount of fuel supplied to the internal combustion engine;
A loss calculating unit that calculates an energy loss related to the swirl flow in the internal combustion engine;
A thermal efficiency calculation unit that calculates the thermal efficiency of the internal combustion engine based on the input heat quantity and the energy loss;
A valve control unit for controlling the opening degree of the swirl control valve such that the thermal efficiency approaches a maximum value based on a change in the heat efficiency when the opening degree of the swirl control valve is changed; Control device.
前記損失算出部は、前記複数のパラメータ値の一部を前記内燃機関に設置されたセンサから取得し、前記複数のパラメータ値の残りを前記センサから取得したパラメータ値から推定する、請求項1から3のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。 The loss calculation unit calculates the energy loss based on a plurality of parameter values indicating the state of the internal combustion engine.
The loss calculation unit acquires part of the plurality of parameter values from a sensor installed in the internal combustion engine, and estimates the rest of the plurality of parameter values from the parameter values acquired from the sensor. A control device of an internal combustion engine according to any one of 3.
前記バルブ制御部は、山登り法を用いて、前記スワールコントロールバルブの開度を前記初期開度から変化させながら最適開度を探索し、前記スワールコントロールバルブの開度を前記最適開度に制御する、請求項1から4のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。 The system further comprises an initial opening setting unit configured to set an initial opening according to the operating condition of the internal combustion engine,
The valve control unit searches for the optimum opening degree while changing the opening degree of the swirl control valve from the initial opening degree using a hill climbing method, and controls the opening degree of the swirl control valve to the optimum opening degree. The control device of an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4.
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| AU2020231886B2 (en) * | 2019-03-07 | 2023-07-20 | Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki | Control device for internal combustion engine |
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