JP3945240B2 - Diesel engine control device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、ディーゼルエンジンでは、アクセル開度とエンジン回転数とに基づいて燃料噴射量を決定し、この燃料噴射量によってエンジンの発生トルクを制御している。一方、シリンダに吸入される空気量は、EGRバルブから還流するEGRガス量とのバランスで決まる。従って、ディーゼルエンジンでは、先ず燃料噴射量が決定され、次に空気量がEGR制御との関連で決まる(これを説明の都合上、燃料優先制御と呼ぶ)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ディーゼルの後処理技術が発達してきており、ディーゼルNOx触媒やDPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)の再生制御のため、また新しい燃焼形態を実現するために、排気ガスのO2 濃度を目標値に精度良く一致させる要求が高まってきた。
しかしながら、従来の燃料優先制御では、応答性の早い燃料制御に応答性の遅い空気制御を合わせ込もうとするため、燃焼毎の排気O2 濃度が制御できなかったり、過渡時の排気O2 濃度が目標値からずれてしまい、精度良く排気O2 濃度を目標値に制御することが困難であった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、精度良く排気O2 濃度を制御できるディーゼルエンジンの制御装置を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
(請求項1の手段)
本発明は、エンジンの運転状態に基づいて目標EGR率を算出するEGR率算出手段と、このEGR率算出手段で算出された目標EGR率が得られる様に、EGR機能に具備されるEGRバルブを制御するEGR制御手段と、エンジンに吸入されるEGRガスを含む酸素量を推定する酸素量推定手段と、エンジンの運転状態に基づいて排気ガスの目標排気O濃度を設定する排気O濃度設定手段と、この排気O濃度設定手段で設定された目標排気O濃度が得られる様に、酸素量推定手段で推定された酸素量から燃料噴射量を算出する噴射量算出手段とを備えている。
そして、EGRバルブの制御方法を、現在のEGR率が目標EGR率と等しくなる様に偏差を学習し、その偏差をオープン制御時の操作量に加える学習制御機能付オープンループ制御、もしくは目標物理値に収束するためのフィードバック制御量のゲインを十分に小さく設定したフィードバック制御の何れかで行う。
【0005】
この構成では、エンジンに吸入される酸素量(EGRガスを含む)を推定し、その酸素量から燃料噴射量を決定しているので、応答性の遅い空気制御に応答性の早い燃料制御を合わせることができる。その結果、従来までの燃料優先制御と比較して、排気O濃度を精度良く目標値に制御することができる。
ところで、従来は、EGRバルブの応答性を向上させ、新気量の応答性を上げることにより、目標排気O 濃度になるように制御している。このため、フィードバックのゲインを高く設定する必要があり、空気量がふらつく状況が存在した。従って、目標排気O 濃度になる様に燃料量を制御する場合には、空気量のふらつきによって燃料量が変動してしまい、ドライバビリティが悪化する問題が生じる。これに対し、本発明の制御方法によれば、EGRバルブ制御量のふらつきを抑えることができるので、燃料量のふらつきを抑えることができ、良好なドライバビリティを得ることが可能である。
【0006】
(請求項2の手段)
請求項1に記載したディーゼルエンジンの制御装置において、
排気経路に排気ガスのO2 濃度を検出するO2 センサが設置され、このO2 センサで検出される排気O2 濃度が目標排気O2 濃度に収束する様に、噴射量算出手段で算出された燃料噴射量を補正する。
この場合、推定される酸素量や燃料量に誤差が生じて、実際の排気O2 濃度が目標値からずれている時でも、実際にO2 センサで検出される排気O2 濃度と目標値とのずれをフィードバックして燃料噴射量を補正することにより、酸素量や燃料量の誤差をキャンセルできる。
【0007】
(請求項3の手段)
請求項1または2に記載したディーゼルエンジンの制御装置において、
吸気経路にスロットルを具備するディーゼルエンジンに対し、アクセル開度とエンジン回転数から求められる目標トルクが大きい程、スロットル開度が大きく設定される。
従来のディーゼルエンジンでは、燃料量が決定された後に、その燃料量が必要な新気量が通過できる様に、過給圧やEGRガス圧とのバランスによってスロットル開度が決定されていた。
【0008】
従って、アクセル開度を大きくして噴射量を増やしていっても、必ずしもスロットル開度が大きくなるとは限らない。例えば、過給機付きエンジンの場合は、アクセル増→燃料増→過給圧増→スロットル閉(EGRガス圧とのバランスで決まる)という場合が存在する。しかしながら、エンジンに吸入される酸素量から燃料噴射量を決定する本システムでは、アクセル増→空気増→燃料増→過給圧増という流れになるので、先ず最初に空気量を増量する必要がある。そこで、目標トルクの増加に従ってスロットル開度を大きくする様に設定しておけば、アクセル開度を大きくすると空気が増量されて、加速が得られる。
【0009】
(請求項4の手段)
請求項1〜3に記載した何れかのディーゼルエンジンの制御装置において、
可変絞り機構等によりターボ効率を可変する可変圧力制御機構付き過給機を備えるディーゼルエンジンに対し、アクセル開度とエンジン回転数から求められる目標トルクが大きい程、目標過給圧を大きくし、この目標過給圧に近づく様に、過給機の可変圧力制御機構をフィードバック制御する。
【0010】
可変圧力制御機構付き過給機を備えるエンジンの場合、過給圧を大きくすることで、燃料量を増加することなく、空気量を増加することができる。そこで、目標トルクの増加に従って目標過給圧を大きくするように設定しておけば、アクセル増→過給圧増→空気増→燃料増となり、加速が得られる。
【0013】
(請求項の手段)
請求項1〜に記載した何れかのディーゼルエンジンの制御装置において、
アクセル開度とエンジン回転数から求められる目標トルクに対して実トルクが低過ぎる時は、目標排気O濃度を定常時よりリッチ側に設定する。
【0014】
例えば、急加速時のようにアクセル開度を急激に開いても、実際の空気がシリンダに入るまでの遅れがあるため、シリンダ内の空気量は徐々にしか増えていかない。このため、この空気量に見合った燃料量しか噴射しないと、燃料量がアクセルワークに応じて増加せず、加速感が不足する。そこで、目標トルクに対し実トルクが低過ぎる時は、目標排気O2 濃度をリッチ側に移動すれば、空気量に対し燃料噴射量が増加することにより、加速感が得られ、ドライバビリティの悪化を防止できる。
【0015】
(請求項の手段)
請求項1〜に記載した何れかのディーゼルエンジンの制御装置において、
アクセル開度とエンジン回転数から求められる目標トルクに対して実トルクが低過ぎる時は、EGRバルブを閉じ側に制御するか、吸気経路にスロットルを具備するディーゼルエンジンにおいて、スロットルを開き側に制御するか、可変絞り機構等によりターボ効率を可変する可変圧力制御機構付き過給機を備えるディーゼルエンジンにおいて、過給機を効き側に制御するかのうち、少なくとも一つを実行する。
【0016】
請求項に記載した様に、急加速時にアクセル開度を急激に開いても、燃料量がアクセルワークに応じて増加せず、加速感が不足する。そこで、目標トルクに対して実トルクが低過ぎる時は、スロットルを開き側に制御するか、EGRバルブを閉じ側に制御するか、過給機を効き側に制御することにより、エンジンに吸入される新気量を増大させることができる。その結果、加速感が得られ、ドライバビリティの悪化を防止できる。
【0017】
(請求項の手段)
請求項1〜に記載した何れかのディーゼルエンジンの制御装置において、
請求項1に記載した酸素量から燃料噴射量を決定する制御を空気優先制御と呼び、エンジンの運転状態から燃料噴射量を求めた後、エンジンに吸入される酸素量が決定される制御を燃料優先制御と呼ぶ時に、
エンジン始動時もしくはアイドリング時には、空気優先制御から燃料優先制御に切り替えることを特徴とする。
【0018】
エンジンを始動する際には、空気優先制御により排気ガスのO2 濃度を目標値に合わせるよりも、始動性の方が重視されるため、素早くエンジン始動させるための十分な燃料量を噴射する必要がある。従って、エンジン始動時の場合は、始動性向上のために、燃料優先制御を実行した方が良い。
また、アイドリング時(アイドル時)は、排気ガスのO2 濃度の変動が比較的少ないので、わざわざ空気優先制御にする必要性が少ないことと、燃料優先制御の方がトルクを直接的にコントロールできるため、アイドル時の回転数制御性が良いと言える。このため、アイドル時には、燃料優先制御を実行した方が良い。
【0019】
(請求項の手段)
請求項1〜に記載した何れかのディーゼルエンジンの制御装置において、
請求項1に記載した酸素量から燃料噴射量を決定する制御を空気優先制御と呼び、エンジンの運転状態から燃料噴射量を求めた後、エンジンに吸入される酸素量が決定される制御を燃料優先制御と呼ぶ時に、エンジンに吸入される酸素量を推定するために必要な吸気系及びEGR系の機能に異常が発生した時は、空気優先制御から燃料優先制御に切り替えることを特徴とする。
【0020】
吸気系及びEGR系に異常が発生した場合、例えばスロットル、EGRバルブ、エアフロメータ等に異常が発生すると、エンジンに吸入される酸素量を正確に推定できなくなるため、酸素量から決定される燃料噴射量が大きくばらつく可能性がある。これに対し、従来のディーゼルエンジンと同様の燃料優先制御であれば、エンジン回転数とアクセル開度から燃料噴射量を求めることができるので、吸気系及びEGR系に異常が発生しても燃料噴射量が大きくばらつくことはなく、安全性の点で望ましい。
【0021】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1はディーゼルエンジンの制御システムを示す全体構成図である。
先ず、システムの全体構成を図1に基づいて説明する。
本システムは、排気の一部を吸気に戻すためのEGR機能(下述する)を備えるディーゼルエンジン(以下エンジン1と略す)に適用される。
【0022】
また、このエンジン1には、図示しないコモンレールに蓄圧されている高圧燃料を、エンジン1のシリンダヘッドに取り付けられたインジェクタ2から燃焼室1aに噴射するコモンレール式の噴射システムが採用されている。
EGR機能は、吸気管3と排気管4とを連通するEGR通路5と、このEGR通路5を還流する排気ガス量(EGR量)を調節するEGRバルブ6とで構成される。
【0023】
吸気管3には、EGR通路5との接続点より上流側にエアフロメータ7と可変ターボ8のコンプレッサ8Aが設けられ、コンプレッサ8Aの下流にスロットル9(ディーゼルスロットル)を具備している。更に、スロットル9より下流側には、吸気管3内の吸気圧を検出する吸気圧センサ10と、吸入空気の温度を検出する吸気温センサ11が取り付けられている。
排気管4には、EGR通路5との接続点より下流側に可変ターボ8の排気タービン8Bが設けられ、その排気タービン8Bより下流側には、排気ガスのO2 濃度を検出するO2 センサ12が取り付けられている。
【0024】
前記エアフロメータ7、吸気圧センサ10、吸気温センサ11、及びO2 センサ12で検出される空気系の各情報は、本システムの作動を制御する電子制御装置(以下ECU13と呼ぶ)に出力される。
また、本システムには、上記センサ類の他にも、エンジン1の回転角に同期して信号を出力する回転角センサ14、エンジン1の冷却水温を検出する水温センサ15、アクセルペダル16の踏み込み量からアクセル開度を検出するアクセル開度センサ17等が設けられ、それぞれ検出された各種情報がECU13に出力される。
【0025】
次に、ECU13による本システムの制御手順を以下に説明する。
まず、図2に示すベースルーチンを用いて制御全体の流れを説明する。
プログラムがスタートすると、図示されていないプログラムのイニシャライズが終了した後、Step100 の処理を実行する。
Step100 …エンジン1の運転状態を検出する。ここでは、エンジン回転数NE、アクセル開度、冷却水温等のセンサ情報が取り込まれ、現在、エンジン1がどんな運転状態になっているかを検出する。
【0026】
Step200 …エンジン1が始動時か否かを判定する。この判定には、Step100 で取り込まれたエンジン回数数、あるいはスタータ信号等の情報が用いられる。ここで、始動時と判定された場合(YES )は、Step700 へ進み、始動時でないと判定された場合(NO)は、Step300 へ進む。
Step300 …エンジン1がアイドル状態か否かを判定する。この判定には、アクセル開度、アイドルスイッチ、車速、ギヤ位置等の情報が用いられる。ここで、アイドル状態と判定された場合(YES )は、Step700 へ進み、アイドル状態でないと判定された場合(NO)は、Step400 へ進む。
【0027】
Step400 …吸気系及びEGR系のセンサ類やアクチュエータ等の故障を検出する。具体的には、スロットル9、EGRバルブ6、エアフロメータ7、吸気圧センサ10、吸気温センサ11等の異常が各センサ類からの出力信号、電気回路の接続状態(オープンやショート)、システム作動チェック等により検出される。 Step500 …Step400 で取り込んだ情報から異常の有無を判定する。ここで、異常有りと判定された場合(YES )は、Step700 へ進み、異常無しと判定された場合(NO)は、Step600 へ進む。
【0028】
Step600 …空気優先制御を実行する(制御内容については後述する)。
Step700 …燃料優先制御を実行する。この燃料優先制御は、従来のディーゼルエンジンで行われている制御であり、基本的にはエンジンの必要トルクから燃料噴射量が計算され、その燃料噴射量を前提としてエンジンに吸入される酸素量(EGRガスを含む)が決定される。この燃料優先制御は、従来から公知であり、ここでの説明は割愛する。
【0029】
上記Step200 で始動時と判定された場合、即ち、エンジン1を始動する際には、後述する空気優先制御により排気ガスのO2 濃度を目標値に合わせるよりも、始動性の方が重視されるため、スロットル全開で空気を十分取り入れた上で、素早くエンジン始動させるための十分な燃料量を噴射する必要がある。従って、エンジン始動時の場合は、燃料優先制御を実行した方がエンジン1の始動性が向上するため、望ましい。
【0030】
上記Step300 でアイドル時と判定された場合、即ち、エンジン1がアイドリング状態の時は、排気ガスのO2 濃度の変動が比較的少ないので、わざわざ空気優先制御にする必要性が少ないことと、燃料優先制御の方がトルクを直接的にコントロールできるため、アイドル時の回転数制御性が良いと言える。このため、アイドル時には、燃料優先制御を実行する。特に、エアコンやオルタネータ等の負荷変動がアイドル時に生じた時、燃料優先制御の方が、アイドル回転数の落ち込みや、吹き上がりを最小に抑えることができる利点がある。
【0031】
上記Step500 で異常有りと判定された場合、即ち、吸気系及びEGR系のセンサ類やアクチュエータ等が故障すると、エンジン1に吸入される酸素量を正確に推定できなくなるため、酸素量から決定される燃料噴射量が大きくばらつく可能性がある。これに対し、燃料優先制御にしておけば、従来と同様に、エンジン回転数とアクセル開度から燃料噴射量を求めることができるので、吸気系及びEGR系に異常が発生しても燃料噴射量が大きくばらつくことはなく、空気優先制御より安全性の点で望ましい。また、フェイルオペラブルの機能により制御可能となるため、走行不能になることを防止できる。
【0032】
次に、上記Step600 の空気優先制御について説明する。
図3は空気優先制御の処理手順を示すフローチャートである。
Step6010…目標トルクTTRG を算出する。ここでは、図4のマップに示す様に、エンジン回転数NEとアクセル開度からエンジン1に要求されている目標トルクTTRG を算出する。なお、一般にディーゼルエンジンでは、トルクと燃料噴射量は略1対1に対応しているので、目標トルクTTRG は目標噴射量QTRG と置き換えて考えることもできる。しかし、この目標噴射量QTRG は、あくまで仮の噴射量であり、本実施例では、これによって燃料噴射量が決定される訳ではない。
【0033】
つまり、目標噴射量QTRG は、単にECU13内のプログラム上で目標トルクTTRG を意味するものとして、各種マップの引数として利用するに過ぎない。最近では、ECU13内のプログラム上でもトルクはあくまでトルクとして扱われることも多く(トルクディマンド制御もしくはトルクベース制御等と呼ばれる)、そのため、本実施例では、目標トルクTTRG のまま説明してゆくことにする。
【0034】
Step6020…過給圧を制御する。ここでは、図5のマップに示す様に、エンジン回転数NEと目標トルクTTRG から目標過給圧PbTRGを算出し、この目標過給圧PbTRGを目標値として可変ターボ8の圧力制御機構を制御する。なお、可変ターボ8が搭載されていないエンジンでは、この処理がスキップされる。
Step6030…スロットル開度(スロットル9の開度)を設定する。ここでは、図6のマップに示す様に、エンジン回転数NEと目標トルクTTRG からスロットル開度を算出し、そのスロットル開度が得られる様にスロットル9を制御する。
【0035】
一般に、ガソリンエンジンでは、アクセル開度に応じてスロットル開度が変化し、アクセル操作に応じて空気量が素直に変化する特性が採用されているが、本発明の場合にも、その様な特性が望ましい。但し、本実施例の場合は、エンジン始動時やアイドル時に燃料優先制御に切り替えるため、始動時はスロットル9を全開、アイドル時は半開か全開に設定する。しかしながら、本発明において、スロットル9は必ずしも絶対に必要な要件ではない。
【0036】
何故なら、EGR機能を有するエンジン1では、軽負荷ほどEGR率が高く設定されるのが普通であり、この場合には、スロットル9がなくても、空気量(新気)は軽負荷ほど(即ち、アクセル開度が小さい程)少なくなり、結果的には同じ結果が得られるからである。しかしながら、スロットル9が設置されている方が、トルクの制御性がはるかに優れているため、望ましい。
【0037】
このスロットル9は、DCモータ、ステップモータ、トルクモータ等の電子制御式スロットルを用いても良いし、アクセルペダル16と機械的に連動する機械式スロットルでも良い。但し、機械式スロットルでは、始動時とアイドル時のスロットル開度が小さいため、空気量が少なくなり、始動性やアイドル安定性が劣る可能性がある。しかし、コスト優先で考えると、機械式スロットルを選択することもできる。
【0038】
Step6040(EGR制御手段)…EGRバルブ6のベース開度を設定する。ここでは、図7のマップに示す様に、エンジン回転数NEと目標トルクTTRG からEGRバルブ6のベース開度を算出する。この場合、目標トルクTTRG が小さい程(即ち軽負荷)、EGRバルブ6のベース開度は大きく設定され、EGR量は多くなる。
Step6050(EGR率算出手段、EGR制御手段)…目標EGR率の算出、及びEGR学習制御を行う。一般に、高精度なEGR制御を行う場合には、例えばエアフロメータ信号を使ったフィードバックEGR制御が用いられるが、本実施例の場合には、オープンループ制御、あるいは学習制御と組み合わせたオープンループ制御の方が望ましい。
【0039】
何故なら、フィードバックEGR制御では、シリンダに入る空気量が時間的に変動するため、本実施例の空気優先制御(目標排気O2 濃度に従って燃料量を設定するシステム)では、空気量の変動がそのまま燃料量の変動につながり、結果的に不必要なトルク変動を発生させてしまうからである。従って、時間的な空気変動が発生しにくいオープンループ制御が望ましい。もしくは、フィードバック制御量のゲインを十分に小さく設定したフィードバック制御でも良い。
【0040】
但し、エンジン1の製作公差などの影響により、EGR量はEGRバルブ6の開度を定めてもずれてしまう場合があるため、本実施例では、単なるオープンループ制御ではなく、学習制御と組み合わせて行われる。
即ち、図8のマップに示す様に、エンジン回転数NEと目標トルクTTRG から目標EGR率を算出し、現在のEGR率が目標EGR率と等しくなる様に、偏差を学習し、その偏差をオープン制御時の操作量に加えることでEGRバルブ6の開度が決定される。なお、現在のEGR率は、例えば、過給圧(吸気圧力)からシリンダ内に吸入される吸気量を推定し、その吸気量とエアフロメータ7で計測される空気量との差をEGR量として算出し、そのEGR量をシリンダ内に吸入される吸気量で除算して求めることができる。
【0041】
EGRバルブ6は、負圧式、ステップモータ式、リニアソレノイド式、DCモータ式等、いろいろなタイプのものが使用可能である。負圧式バルブの場合には、負圧通路と大気圧通路との導通比をデューティとして持ち、このデューティ比をEGRバルブ6のベース開度や学習値として使うことができる。ステップモータ式の場合には、ステップ数をその値として用いることができる。また、リニアソレノイド式の場合には、デューティ比や電流値をEGRバルブ6のベース開度や学習値として用いることができる。更に、リフトセンサ付リニアソレノイドバルブの場合には、リフト量をEGRバルブ6のベース開度や学習値として使うことができる。
【0042】
Step6060…定常時の目標排気O2 濃度を設定する。ここでは、図9のマップに示す様に、エンジン回転数NEと目標トルクTTRG から定常時の目標排気O2 濃度を設定する。この目標排気O2 濃度は、エミッションの要求やドライバビリティ(以下ドラビリと略す)の要求値から決定される。エミッション領域では、目標排気O2 濃度はNOx、PM、HC、CO等のエミッションを最小にすべく、適合して定められるが、より高負荷側でトルク要求の高い領域では、ドラビリをより重視した排気O2 濃度が設定される。
【0043】
Step6070…過渡時の排気O2 濃度目標値を補正する。この目的は、加速時のドラビリを確保することにある。つまり、エンジン回転数NEとアクセル開度によって目標トルクTTRG が定まり、この目標トルクTTRG とエンジン回転数NEによって目標排気O2 濃度が定まるため、図10に示す様に、アクセル開度を開くと、定常時の目標排気O2 濃度(実線)はアクセル開度の動きに応じたものになる。
【0044】
しかしながら、急加速時のようにアクセル開度を急激に開いても、実際の空気がシリンダに入るまでの遅れがあるため、シリンダ内の酸素量は、徐々にしか増えていかない。このため、この酸素量に見合った燃料量しか噴射しないと、燃料量がアクセルワークに応じて増加せず、加速感が不足する。NA(自然給気)のエンジンでは、ある程度、許容されるものの、ターボ付エンジンでは、ターボラグのため、加速感が損なわれる。
【0045】
従来のディーゼルエンジンで行われていた燃料優先制御では、必要なトルクを発生するために、先ず必要な燃料量を噴射するため、加速感は優れているが、排気O2 濃度の制御精度が著しく悪化する。そこで、本実施例では、加速時に目標排気O2 濃度をリッチ側に移動させて、排気O2 濃度を精度よく管理しながらドラビリ悪化を防ぐものである。即ち、加速状態を検出した場合は、目標排気O2 濃度を定常時の目標排気O2 濃度よりもリッチ側に補正する(図10参照)。
【0046】
加速状態の検出には、アクセル開度の変化率や、目標トルクTTRG の変化率等で検出できる。あるいは、目標トルクTTRG (目標噴射量で代用できる)と、実トルク(現在の噴射量で代用できる)の差が大きい場合に加速要求があると判断することもできる。こうした判断がなされた時は、目標排気O2 濃度を定常時の目標排気O2 濃度をベースにある量だけリッチ側にシフトする。この時、シフトする量を加速状態の強さに応じて変えることが望ましい。あるいは、加速状態が検出された場合には、一定時間だけ、予めリッチ側に定められた目標排気O2 濃度に固定し、それから徐々にリッチ度合いを減衰していくという方法等も考えられる。
【0047】
Step6080(排気O2 濃度設定手段)…最終目標排気O2 濃度を設定する。つまり、定常時であれば、Step6060で設定された値が最終目標排気O2 濃度となり、過渡時であれば、Step6070で補正された値が最終目標排気O2 濃度となる。
Step6090(酸素量推定手段、噴射量算出手段)…最終燃料噴射量を算出する。ここでは、シリンダに吸入される酸素量がエアフロメータ信号等の情報をベースに時々刻々推定される。この推定には、エアフロメータ7の設置位置からシリンダに空気が入るまでの吸気系の伝達遅れを加味した伝達関数を用いて計算する方法や、吸気系を物理モデルで表現し、これによって計算する方法等を採用することができる。
【0048】
さらに、EGRが実行されている場合には、シリンダに吸入されるガスに含まれるEGRガス中の酸素量も考慮して、シリンダに吸入される酸素量を推定する必要がある。そのため、本実施例では、シリンダに吸入されるガス中に含まれるEGRガス量と、EGRガスの酸素濃度とを求めている。
EGRガス量は、Step6050にて算出された目標EGR率を基に算出する方法や、吸気圧信号とエアフロメータ信号からインマニホールド内のガス収支を考慮した物理モデルから算出する方法がある。
【0049】
EGRガスの酸素濃度は、EGRガスがEGR通路5から吸気管3に至るまでのEGR系の遅れ時間を考慮し、その遅れ時間分(つまり、現在よりその時間分過去)における排気O2 濃度を用いる。排気O2 濃度は、O2 センサ12の出力値や、指令噴射量情報を用いて物理モデルにて予測した排気O2 濃度の過去の値、あるいは目標排気O2 濃度の過去の値を用いる。
このようにして求められたEGRガス量とEGRガス酸素濃度(遅れ時間前のO2 センサ12の出力値)とを乗ずることによって、EGRガス中の酸素量が算出される。
【0050】
また、シリンダに吸入されるガスの内、新気のガス量は、上述の如くエアフロメータ信号等によって演算される。新気ガスの酸素濃度は、大気組成によって求めることができ、これと新気ガス量との積によって、新気ガス中の酸素量が求められる。
そして、EGRガス中の酸素量と新気ガス中の酸素量とを加えることによって、シリンダに吸入される空気量(新気量+EGRガス量)中の酸素量を求めることができる。
こうして推定されたシリンダ吸入酸素量と、Step6080で設定された目標排気O2 濃度とから、必要な燃料量(F)が算出できる。
【0051】
Step6100…インジェクタ2に燃料噴射を指令する。Step6090で算出された燃料噴射量がインジェクタ2の駆動パルス巾に変換されてインジェクタ2に通電され、そのインジェクタ2から燃料噴射が行われる。
なお、推定された酸素量が誤差を持っていたり、インジェクタ2の製品公差等によって燃料量に誤差が発生すると、その比率である排気O2 濃度が誤差を持つため、その誤差の影響をキャンセルできる様に燃料噴射量を補正することが望ましい。即ち、実際にO2 センサ12によって検出される排気ガスのO2 濃度が目標値に近づくように、Step6090で算出された燃料噴射量QBASEに補正量ΔQF/B をフィードバックして、実際の燃料噴射量をQBASE+ΔQF/B として求めることができる。
【0052】
(本実施例の効果)
本システムでは、エンジン1に吸入される酸素量(EGRガスを含む)を推定し、その酸素量から燃料噴射量を決定しているので、応答性の遅い空気制御に応答性の早い燃料制御を合わせることができる。その結果、従来までの燃料優先制御と比較して、排気O2 濃度を精度良く目標値に制御することができる。また、推定された酸素量が誤差を持っていたり、インジェクタ2の製品公差等によって燃料量に誤差が発生する様な場合でも、実際にO2 センサ12で検出される排気O2 濃度と目標値とのずれをフィードバックして燃料噴射量を補正することで、酸素量や燃料量の誤差をキャンセルでき、排気O2 濃度の制御性を向上できる。
【0053】
また、目標トルクに対し実トルクが低過ぎる時(例えば加速時)は、目標排気O2 濃度を定常時の値よりリッチ側に設定しているので、加速感の不足が解消でき、ドラビリの悪化を防止することができる。同様に、目標トルクに対し実トルクが低過ぎる時は、スロットル9を開き側に制御するか、EGRバルブ6を閉じ側に制御するか、可変ターボ8を効き側に制御するかのうち、少なくとも一つを実行することにより、ドラビリの悪化を防止することもできる。
【0054】
従来のフィードバックEGR制御では、EGRバルブ6の応答性を向上させるためにフィードバックのゲインを高く設定しているため、空気量がふらつく状況が存在した。このため、酸素量から燃料量が決定される空気優先制御では、従来のフィードバックEGR制御を行うと、空気量のふらつきによって燃料が変動してしまい、ドラビリが悪化する問題が生じる。これに対し、本実施例では、時間的な空気変動が発生しにくいオープンループ制御、もしくは、学習制御機能付オープンループ制御を行うことにより、不必要なトルク変動の発生を防止でき、良好なドラビリを得ることが可能である。
【0055】
エンジン始動時もしくはアイドル時には、空気優先制御から燃料優先制御に切り替えている。つまり、エンジン始動時は、空気優先制御によって排気O2 濃度を目標値に合わせるよりも、始動性の方が重視されるため、始動性向上のために燃料優先制御が実行される。また、アイドル時は、排気ガスのO2 濃度の変動が比較的少ないので、わざわざ空気優先制御にする必要性が少ないことと、燃料優先制御の方がトルクを直接的にコントロールできるため、空気優先制御ではなく、燃料優先制御が実行される。
【0056】
更に、吸気系及びEGR系に異常が発生した時は、空気優先制御から燃料優先制御に切り替えている。例えばスロットル9、EGRバルブ6、エアフロメータ7等に異常が発生すると、エンジン1に吸入される酸素量を正確に推定できなくなるため、酸素量から決定される燃料噴射量が大きくばらつく可能性がある。これに対し、従来のディーゼルエンジンと同様の燃料優先制御であれば、エンジン回転数とアクセル開度から燃料噴射量を求めることができるので、吸気系及びEGR系に異常が発生しても燃料噴射量が大きくばらつくことはなく、安全性の点で有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】ディーゼルエンジンの制御システムを示す全体構成図である。
【図2】本システムの制御全体の流れを示すフローチャートである。
【図3】空気優先制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図4】目標トルクを算出するためのマップである。
【図5】目標過給圧を算出するためのマップである。
【図6】スロットル開度を算出するためのマップである。
【図7】EGRバルブのベース開度を算出するためのマップである。
【図8】目標EGR率を算出するためのマップである。
【図9】定常時の目標排気O2 濃度を算出するためのマップである。
【図10】アクセル開度と定常時及び過渡時の目標排気O2 濃度との相関を示す図面である。
【符号の説明】
1 ディーゼルエンジン
3 吸気管(吸気経路)
4 排気管(排気経路)
6 EGRバルブ(吸気系の機能)
7 エアフロメータ(吸気系の機能)
8 可変ターボ(可変圧力制御機構付き過給機)
9 スロットル(吸気系の機能)
12 O2 センサ
13 ECU(制御装置)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a diesel engine.
[0002]
[Prior art]
In general, in a diesel engine, a fuel injection amount is determined based on the accelerator opening and the engine speed, and the generated torque of the engine is controlled by the fuel injection amount. On the other hand, the amount of air taken into the cylinder is determined by the balance with the amount of EGR gas recirculated from the EGR valve. Therefore, in the diesel engine, first, the fuel injection amount is determined, and then the air amount is determined in relation to the EGR control (this is called fuel priority control for convenience of explanation).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, diesel aftertreatment technology has been developed, and in order to control regeneration of diesel NOx catalyst and DPF (diesel particulate filter), and to realize a new combustion mode, exhaust gas O 22There has been an increasing demand for accurately matching the concentration with the target value.
However, in the conventional fuel priority control, since the air control with a slow response is combined with the fuel control with a fast response, the exhaust O for each combustion is controlled.2Concentration cannot be controlled or transient exhaust O2Concentration deviates from the target value and exhaust O2It was difficult to control the concentration to the target value.
The present invention has been made based on the above circumstances, and its purpose is to exhaust the exhaust gas with high accuracy.2An object of the present invention is to provide a diesel engine control device capable of controlling the concentration.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
  (Means of Claim 1)
  The present invention is based on the operating state of the engine.GoalEGR rate calculating means for calculating the EGR rate, and calculated by this EGR rate calculating meansGoalBased on the EGR control means for controlling the EGR valve provided in the EGR function, the oxygen amount estimation means for estimating the amount of oxygen containing EGR gas sucked into the engine, and the operating state of the engine so that the EGR rate can be obtained. Exhaust gas target exhaust O2Exhaust O to set concentration2Concentration setting means and this exhaust O2Target exhaust O set by concentration setting means2An injection amount calculating means for calculating the fuel injection amount from the oxygen amount estimated by the oxygen amount estimating means is provided so that the concentration can be obtained.
  Then, the control method of the EGR valve learns the deviation so that the current EGR rate becomes equal to the target EGR rate, and adds the deviation to the operation amount at the time of open control, or the target physical value The feedback control amount gain for converging to is controlled by one of the feedback controls in which the gain is set sufficiently small.
[0005]
  In this configuration, the amount of oxygen (including EGR gas) sucked into the engine is estimated, and the fuel injection amount is determined from the amount of oxygen. Therefore, the responsive fuel control is combined with the slow responsive air control. be able to. As a result, compared with the conventional fuel priority control, the exhaust O2The density can be accurately controlled to the target value.
  By the way, conventionally, by improving the response of the EGR valve and increasing the response of the new air amount, the target exhaust O 2 The concentration is controlled. For this reason, it is necessary to set the feedback gain high, and there is a situation where the air amount fluctuates. Therefore, the target exhaust O 2 When the amount of fuel is controlled so as to have a concentration, the amount of fuel fluctuates due to fluctuations in the amount of air, resulting in a problem that drivability deteriorates. On the other hand, according to the control method of the present invention, the fluctuation of the EGR valve control amount can be suppressed, so that the fluctuation of the fuel amount can be suppressed and good drivability can be obtained.
[0006]
(Means of Claim 2)
In the control device of the diesel engine according to claim 1,
Exhaust gas O in the exhaust path2O to detect concentration2Sensor is installed, this O2Exhaust gas detected by sensor2Concentration is target exhaust O2The fuel injection amount calculated by the injection amount calculation means is corrected so as to converge to the concentration.
In this case, an error occurs in the estimated oxygen amount and fuel amount, and the actual exhaust gas O2Even when the concentration deviates from the target value,2Exhaust gas detected by sensor2By correcting the fuel injection amount by feeding back the deviation between the concentration and the target value, the error in the oxygen amount or the fuel amount can be canceled.
[0007]
(Means of claim 3)
In the control device of the diesel engine according to claim 1 or 2,
For a diesel engine having a throttle in the intake path, the throttle opening is set to be larger as the target torque obtained from the accelerator opening and the engine speed is larger.
In the conventional diesel engine, after the fuel amount is determined, the throttle opening is determined by the balance between the supercharging pressure and the EGR gas pressure so that the fresh air amount that requires the fuel amount can pass.
[0008]
Therefore, even if the accelerator opening is increased and the injection amount is increased, the throttle opening is not necessarily increased. For example, in the case of an engine with a supercharger, there is a case of accelerator increase → fuel increase → supercharging pressure increase → throttle closing (determined by balance with EGR gas pressure). However, in the present system that determines the fuel injection amount from the oxygen amount sucked into the engine, the flow increases from accelerator to air to fuel to fuel to boost pressure. Therefore, it is necessary to first increase the amount of air. . Therefore, if the throttle opening is set to be increased in accordance with the increase in the target torque, when the accelerator opening is increased, the air is increased and acceleration is obtained.
[0009]
(Means of claim 4)
In the control apparatus of the diesel engine as described in any one of Claims 1-3,
For a diesel engine equipped with a turbocharger with a variable pressure control mechanism that varies the turbo efficiency by a variable throttle mechanism, etc., the larger the target torque required from the accelerator opening and the engine speed, the larger the target boost pressure. The variable pressure control mechanism of the supercharger is feedback-controlled so as to approach the target supercharging pressure.
[0010]
In the case of an engine including a supercharger with a variable pressure control mechanism, the air amount can be increased without increasing the fuel amount by increasing the supercharging pressure. Therefore, if the target boost pressure is set so as to increase as the target torque increases, acceleration is obtained by increasing the accelerator, boosting the boost pressure, increasing the air, and increasing the fuel.
[0013]
  (Claims5Means)
  Claims 1 to4In the control device for any diesel engine described in
  If the actual torque is too low for the target torque obtained from the accelerator opening and the engine speed, the target exhaust O2Set the concentration to the richer side than normal.
[0014]
For example, even if the accelerator opening is suddenly opened as in sudden acceleration, there is a delay until the actual air enters the cylinder, so the amount of air in the cylinder only increases gradually. For this reason, if only the fuel amount corresponding to this air amount is injected, the fuel amount does not increase according to the accelerator work, and the feeling of acceleration is insufficient. Therefore, when the actual torque is too low relative to the target torque, the target exhaust O2If the concentration is moved to the rich side, the fuel injection amount increases with respect to the air amount, so that an acceleration feeling can be obtained and deterioration of drivability can be prevented.
[0015]
  (Claims6Means)
  Claims 1 to5In the control device for any diesel engine described in
  When the actual torque is too low for the target torque obtained from the accelerator opening and the engine speed,In a diesel engine that controls the EGR valve to the closed side or has a throttle in the intake path,Control the throttle to the open side orIn a diesel engine having a turbocharger with a variable pressure control mechanism that varies turbo efficiency by a variable throttle mechanism, etc.At least one of the control to the effective side is executed.
[0016]
  Claim5As described above, even if the accelerator opening is suddenly opened during rapid acceleration, the fuel amount does not increase according to the accelerator work, and the feeling of acceleration is insufficient. Therefore, when the actual torque is too low with respect to the target torque, it is sucked into the engine by controlling the throttle to the open side, controlling the EGR valve to the closed side, or controlling the supercharger to the effective side. The amount of fresh air can be increased. As a result, a feeling of acceleration can be obtained, and deterioration of drivability can be prevented.
[0017]
  (Claims7Means)
  Claims 1 to6In the control device for any diesel engine described in
  The control for determining the fuel injection amount from the oxygen amount described in claim 1 is called air priority control, and after the fuel injection amount is obtained from the operating state of the engine, the control for determining the oxygen amount sucked into the engine When we call priority control,
  When the engine is started or idling, the air priority control is switched to the fuel priority control.
[0018]
When starting the engine, the exhaust gas O2Since startability is more important than adjusting the concentration to the target value, it is necessary to inject a sufficient amount of fuel for quickly starting the engine. Therefore, when starting the engine, it is better to execute fuel priority control in order to improve startability.
When idling (during idling), exhaust gas O2Since the variation in concentration is relatively small, it is less necessary to make air priority control, and the fuel priority control can directly control the torque, so that it can be said that the rotational speed controllability during idling is better. For this reason, it is better to execute fuel priority control during idling.
[0019]
  (Claims8Means)
  Claims 1 to7In the control device for any diesel engine described in
  The control for determining the fuel injection amount from the oxygen amount described in claim 1 is called air priority control, and after the fuel injection amount is obtained from the operating state of the engine, the control for determining the oxygen amount sucked into the engine When called priority control, when an abnormality occurs in the functions of the intake system and the EGR system necessary for estimating the amount of oxygen taken into the engine, the air priority control is switched to the fuel priority control.
[0020]
When an abnormality occurs in the intake system and the EGR system, for example, if an abnormality occurs in the throttle, EGR valve, air flow meter, etc., the amount of oxygen sucked into the engine cannot be accurately estimated. The amount can vary widely. On the other hand, if the fuel priority control is the same as that of the conventional diesel engine, the fuel injection amount can be obtained from the engine speed and the accelerator opening. The amount does not vary greatly, which is desirable in terms of safety.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a diesel engine control system.
First, the overall configuration of the system will be described with reference to FIG.
This system is applied to a diesel engine (hereinafter abbreviated as engine 1) having an EGR function (described below) for returning a part of exhaust gas to intake air.
[0022]
The engine 1 employs a common rail type injection system that injects high-pressure fuel accumulated in a common rail (not shown) from an injector 2 attached to a cylinder head of the engine 1 into the combustion chamber 1a.
The EGR function includes an EGR passage 5 that communicates the intake pipe 3 and the exhaust pipe 4, and an EGR valve 6 that adjusts an exhaust gas amount (EGR amount) that recirculates through the EGR passage 5.
[0023]
The intake pipe 3 is provided with an air flow meter 7 and a compressor 8A of a variable turbo 8 upstream from a connection point with the EGR passage 5, and a throttle 9 (diesel throttle) is provided downstream of the compressor 8A. Further, an intake pressure sensor 10 for detecting the intake pressure in the intake pipe 3 and an intake air temperature sensor 11 for detecting the temperature of the intake air are attached downstream of the throttle 9.
The exhaust pipe 4 is provided with an exhaust turbine 8B of the variable turbo 8 downstream from the connection point with the EGR passage 5, and on the downstream side of the exhaust turbine 8B, the exhaust gas O2O to detect concentration2A sensor 12 is attached.
[0024]
The air flow meter 7, the intake pressure sensor 10, the intake air temperature sensor 11, and the O2Each information of the air system detected by the sensor 12 is output to an electronic control device (hereinafter referred to as ECU 13) that controls the operation of the system.
In addition to the above sensors, this system includes a rotation angle sensor 14 that outputs a signal in synchronization with the rotation angle of the engine 1, a water temperature sensor 15 that detects the cooling water temperature of the engine 1, and a depression of an accelerator pedal 16. An accelerator opening sensor 17 or the like for detecting the accelerator opening from the amount is provided, and various pieces of detected information are output to the ECU 13.
[0025]
Next, the control procedure of this system by the ECU 13 will be described below.
First, the overall control flow will be described using the base routine shown in FIG.
When the program starts, the processing of Step 100 is executed after initialization of the program (not shown) is completed.
Step 100... Detects the operating state of the engine 1. Here, sensor information such as the engine speed NE, the accelerator opening, and the coolant temperature is taken in, and it is detected what operating state the engine 1 is currently in.
[0026]
Step 200 ... It is determined whether or not the engine 1 is at the time of starting. For this determination, information such as the number of engine times fetched in Step 100 or a starter signal is used. If it is determined that the engine is starting (YES), the process proceeds to Step 700. If it is determined that the engine is not starting (NO), the process proceeds to Step 300.
Step 300 ... It is determined whether or not the engine 1 is in an idle state. This determination uses information such as the accelerator opening, the idle switch, the vehicle speed, the gear position, and the like. If it is determined that the engine is in the idle state (YES), the process proceeds to Step 700. If it is determined that the engine is not in the idle state (NO), the process proceeds to Step 400.
[0027]
Step 400 ... Detect failure of sensors and actuators of intake system and EGR system. Specifically, abnormalities such as throttle 9, EGR valve 6, air flow meter 7, intake pressure sensor 10 and intake air temperature sensor 11 are output signals from each sensor, electrical circuit connection status (open or short), system operation It is detected by checking. Step500 ... Judge the presence or absence of abnormality from the information captured in Step400. If it is determined that there is an abnormality (YES), the process proceeds to Step 700. If it is determined that there is no abnormality (NO), the process proceeds to Step 600.
[0028]
Step 600: Air priority control is executed (the contents of control will be described later).
Step 700 ... Execute fuel priority control. This fuel priority control is a control performed in a conventional diesel engine. Basically, the fuel injection amount is calculated from the required torque of the engine, and the amount of oxygen drawn into the engine on the assumption of the fuel injection amount ( Including EGR gas). This fuel priority control has been conventionally known and will not be described here.
[0029]
When it is determined at Step 200 that the engine is started, that is, when the engine 1 is started, the exhaust gas O is controlled by the air priority control described later.2Since startability is more important than adjusting the concentration to the target value, it is necessary to inject a sufficient amount of fuel for quickly starting the engine after fully taking in air with the throttle fully open. Therefore, when the engine is started, it is preferable to execute the fuel priority control because the startability of the engine 1 is improved.
[0030]
When it is determined in step 300 above that the engine is idling, that is, when the engine 1 is idling, the exhaust gas O2Since the variation in concentration is relatively small, it is less necessary to make air priority control, and the fuel priority control can directly control the torque, so that it can be said that the rotational speed controllability during idling is better. For this reason, fuel priority control is executed during idling. In particular, when load fluctuations such as an air conditioner and an alternator occur during idling, the fuel priority control has an advantage that the idling engine speed can be suppressed to a minimum and the blow-up can be minimized.
[0031]
If it is determined in Step 500 that there is an abnormality, that is, if the intake system and EGR sensors, actuators, etc. fail, the amount of oxygen sucked into the engine 1 cannot be accurately estimated. The fuel injection amount may vary greatly. On the other hand, if the fuel priority control is used, the fuel injection amount can be obtained from the engine speed and the accelerator opening as in the conventional case. Therefore, even if an abnormality occurs in the intake system and the EGR system, the fuel injection amount can be obtained. Does not vary greatly, which is desirable in terms of safety over air priority control. Moreover, since it becomes controllable by the function of fail operable, it can prevent that it becomes impossible to drive | work.
[0032]
Next, the air priority control in Step 600 will be described.
FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of air priority control.
Step 6010 ... Calculate the target torque TTRG. Here, as shown in the map of FIG. 4, the target torque TTRG required for the engine 1 is calculated from the engine speed NE and the accelerator opening. In general, in a diesel engine, the torque and the fuel injection amount have a one-to-one correspondence. Therefore, the target torque TTRG can be considered by replacing the target injection amount QTRG. However, this target injection amount QTRG is merely a temporary injection amount, and in this embodiment, the fuel injection amount is not determined by this.
[0033]
That is, the target injection amount QTRG is merely used as an argument of various maps, as it means the target torque TTRG on the program in the ECU 13. Recently, torque is often handled as torque even in the program in the ECU 13 (referred to as torque demand control or torque base control). Therefore, in this embodiment, the target torque TTRG will be described as it is. To do.
[0034]
Step6020 ... Control the supercharging pressure. Here, as shown in the map of FIG. 5, the target supercharging pressure PbTRG is calculated from the engine speed NE and the target torque TTRG, and the pressure control mechanism of the variable turbo 8 is controlled using the target supercharging pressure PbTRG as a target value. . Note that this processing is skipped for an engine not equipped with the variable turbo 8.
Step 6030 ... The throttle opening (opening of the throttle 9) is set. Here, as shown in the map of FIG. 6, the throttle opening is calculated from the engine speed NE and the target torque TTRG, and the throttle 9 is controlled so that the throttle opening can be obtained.
[0035]
In general, in a gasoline engine, the throttle opening changes according to the accelerator opening, and the characteristic that the air amount changes straightly according to the accelerator operation is adopted. Is desirable. However, in the case of this embodiment, in order to switch to the fuel priority control at the time of engine start or idling, the throttle 9 is set to fully open at start-up and half open to fully open at idling. However, in the present invention, the throttle 9 is not necessarily a necessary requirement.
[0036]
This is because, in the engine 1 having the EGR function, the EGR rate is usually set higher as the load is lighter. In this case, even if the throttle 9 is not provided, the air amount (fresh air) is as light as possible ( That is, the smaller the accelerator opening, the smaller, and consequently the same result is obtained. However, it is desirable to install the throttle 9 because the torque controllability is far superior.
[0037]
The throttle 9 may be an electronically controlled throttle such as a DC motor, a step motor, or a torque motor, or may be a mechanical throttle that is mechanically linked to the accelerator pedal 16. However, with a mechanical throttle, since the throttle opening at the time of start and at the time of idling is small, the amount of air is reduced, and there is a possibility that startability and idling stability are inferior. However, considering the cost priority, a mechanical throttle can be selected.
[0038]
Step 6040 (EGR control means): The base opening degree of the EGR valve 6 is set. Here, as shown in the map of FIG. 7, the base opening degree of the EGR valve 6 is calculated from the engine speed NE and the target torque TTRG. In this case, the smaller the target torque TTRG (that is, the light load), the larger the base opening degree of the EGR valve 6 is set, and the EGR amount increases.
Step 6050 (EGR rate calculating means, EGR control means)... Calculation of target EGR rate and EGR learning control. In general, when performing highly accurate EGR control, for example, feedback EGR control using an air flow meter signal is used. However, in this embodiment, open loop control or open loop control combined with learning control is used. Is preferable.
[0039]
This is because in the feedback EGR control, the amount of air entering the cylinder fluctuates with time, so the air priority control (target exhaust O2This is because, in a system in which the fuel amount is set according to the concentration), the variation in the air amount directly leads to the variation in the fuel amount, resulting in unnecessary torque variation. Therefore, it is desirable to use open loop control that is less likely to cause temporal air fluctuations. Alternatively, feedback control with a sufficiently small gain of the feedback control amount may be used.
[0040]
However, because the EGR amount may deviate even if the opening degree of the EGR valve 6 is determined due to the influence of the manufacturing tolerance of the engine 1, in this embodiment, in combination with learning control instead of mere open loop control. Done.
That is, as shown in the map of FIG. 8, the target EGR rate is calculated from the engine speed NE and the target torque TTRG, the deviation is learned so that the current EGR rate becomes equal to the target EGR rate, and the deviation is opened. The opening degree of the EGR valve 6 is determined by adding to the operation amount at the time of control. The current EGR rate is, for example, estimated from the supercharging pressure (intake pressure) the amount of intake air taken into the cylinder, and the difference between the intake amount and the air amount measured by the air flow meter 7 is used as the EGR amount. It can be calculated and calculated by dividing the EGR amount by the intake air amount sucked into the cylinder.
[0041]
As the EGR valve 6, various types such as a negative pressure type, a step motor type, a linear solenoid type, and a DC motor type can be used. In the case of a negative pressure type valve, the duty ratio is a conduction ratio between the negative pressure passage and the atmospheric pressure passage, and this duty ratio can be used as the base opening degree or learning value of the EGR valve 6. In the case of a step motor type, the number of steps can be used as the value. In the case of the linear solenoid type, the duty ratio and current value can be used as the base opening degree and learning value of the EGR valve 6. Further, in the case of a linear solenoid valve with a lift sensor, the lift amount can be used as the base opening degree or learning value of the EGR valve 6.
[0042]
Step6060… Target exhaust at normal time O2Set the density. Here, as shown in the map of FIG. 9, the target exhaust O during normal operation is calculated from the engine speed NE and the target torque TTRG.2Set the density. This target exhaust O2The concentration is determined from the required values of emission requirements and drivability (hereinafter abbreviated as drivability). In the emission area, target exhaust O2Concentration is determined in conformity to minimize emissions such as NOx, PM, HC, CO, etc., but exhaust O which places more emphasis on drivability in higher load areas where torque demand is high2The density is set.
[0043]
Step6070… Transition exhaust O2Correct the density target value. The purpose is to ensure drivability during acceleration. That is, the target torque TTRG is determined by the engine speed NE and the accelerator opening, and the target exhaust O is determined by the target torque TTRG and the engine speed NE.2Since the concentration is determined, as shown in FIG. 10, when the accelerator opening is opened, the target exhaust O at the steady state is set.2The concentration (solid line) corresponds to the movement of the accelerator opening.
[0044]
However, even if the accelerator opening is suddenly opened as in sudden acceleration, there is a delay until the actual air enters the cylinder, so the amount of oxygen in the cylinder only increases gradually. For this reason, if only the amount of fuel commensurate with this amount of oxygen is injected, the amount of fuel will not increase according to the accelerator work, and the feeling of acceleration will be insufficient. An engine with NA (natural air supply) is allowed to some extent, but an engine with turbo impairs the feeling of acceleration due to the turbo lag.
[0045]
In the fuel priority control performed in the conventional diesel engine, in order to generate the necessary torque, the necessary amount of fuel is injected first, so the acceleration feeling is excellent, but the exhaust O2Concentration control accuracy is significantly deteriorated. Therefore, in the present embodiment, the target exhaust O at the time of acceleration.2Move the concentration to the rich side and exhaust O2Prevents deterioration of drabbilities while managing the concentration with high accuracy. That is, when the acceleration state is detected, the target exhaust O2Target exhaust O when the concentration is steady2Correction is made to a richer side than the density (see FIG. 10).
[0046]
The acceleration state can be detected by the change rate of the accelerator opening, the change rate of the target torque TTRG, or the like. Alternatively, it can be determined that there is an acceleration request when the difference between the target torque TTRG (which can be substituted with the target injection amount) and the actual torque (which can be substituted with the current injection amount) is large. When such a determination is made, the target exhaust O2Target exhaust O when the concentration is steady2Shift density to the rich side by a certain amount. At this time, it is desirable to change the shift amount according to the strength of the acceleration state. Alternatively, when the acceleration state is detected, the target exhaust gas O that is predetermined on the rich side for a certain period of time is set.2A method of fixing the concentration and gradually decreasing the degree of richness is also conceivable.
[0047]
Step6080 (Exhaust O2Concentration setting means) ... Final target exhaust O2Set the density. In other words, in the steady state, the value set in Step 6060 is the final target exhaust O.2If the concentration becomes transient, the value corrected in Step 6070 will be the final target exhaust O2Concentration.
Step 6090 (oxygen amount estimation means, injection amount calculation means): Calculates the final fuel injection amount. Here, the amount of oxygen sucked into the cylinder is estimated from time to time based on information such as an air flow meter signal. For this estimation, calculation is performed using a transfer function that takes into account the transfer delay of the intake system from the installation position of the air flow meter 7 until air enters the cylinder, or the intake system is expressed by a physical model and calculated by this. A method etc. can be adopted.
[0048]
Further, when EGR is being executed, it is necessary to estimate the amount of oxygen sucked into the cylinder in consideration of the amount of oxygen in the EGR gas contained in the gas sucked into the cylinder. Therefore, in this embodiment, the amount of EGR gas contained in the gas sucked into the cylinder and the oxygen concentration of the EGR gas are obtained.
There are a method of calculating the EGR gas amount based on the target EGR rate calculated in Step 6050, and a method of calculating from the physical model considering the gas balance in the in-manifold from the intake pressure signal and the air flow meter signal.
[0049]
The oxygen concentration of the EGR gas takes into account the delay time of the EGR system from the EGR gas from the EGR passage 5 to the intake pipe 3, and the exhaust gas O in the delay time (that is, the time past from the present).2Use concentration. Exhaust O2Concentration is O2Exhaust gas O predicted by the physical model using the output value of the sensor 12 and the command injection amount information2Past concentration value or target exhaust O2Use past values of concentration.
The amount of EGR gas and the EGR gas oxygen concentration thus determined (OGR before the delay time)2The amount of oxygen in the EGR gas is calculated by multiplying the output value of the sensor 12).
[0050]
Further, the amount of fresh air out of the gas sucked into the cylinder is calculated by the air flow meter signal or the like as described above. The oxygen concentration of the fresh air gas can be obtained from the atmospheric composition, and the oxygen amount in the fresh air gas is obtained by the product of this and the amount of the fresh air gas.
Then, by adding the oxygen amount in the EGR gas and the oxygen amount in the fresh air gas, the oxygen amount in the air amount (fresh air amount + EGR gas amount) taken into the cylinder can be obtained.
The cylinder intake oxygen amount thus estimated and the target exhaust gas O set in Step 6080.2From the concentration, the required fuel amount (F) can be calculated.
[0051]
Step 6100: Command the injector 2 to inject fuel. The fuel injection amount calculated in Step 6090 is converted into the drive pulse width of the injector 2 and the injector 2 is energized, and fuel injection is performed from the injector 2.
If the estimated oxygen amount has an error, or if an error occurs in the fuel amount due to product tolerance of the injector 2, the exhaust O which is the ratio2Since the concentration has an error, it is desirable to correct the fuel injection amount so that the influence of the error can be canceled. That is, actually O2O of exhaust gas detected by the sensor 122The actual fuel injection amount can be obtained as QBASE + ΔQF / B by feeding back the correction amount ΔQF / B to the fuel injection amount QBASE calculated in Step 6090 so that the concentration approaches the target value.
[0052]
(Effect of this embodiment)
In this system, the amount of oxygen (including EGR gas) sucked into the engine 1 is estimated, and the fuel injection amount is determined from the amount of oxygen. Therefore, fuel control with quick response is performed for air control with slow response. Can be matched. As a result, compared with the conventional fuel priority control, the exhaust O2The density can be accurately controlled to the target value. Even if the estimated oxygen amount has an error or an error occurs in the fuel amount due to the product tolerance of the injector 2, etc.2Exhaust gas O detected by the sensor 122By correcting the fuel injection amount by feeding back the deviation between the concentration and the target value, errors in the oxygen amount and the fuel amount can be canceled.2Concentration controllability can be improved.
[0053]
Further, when the actual torque is too low with respect to the target torque (for example, during acceleration), the target exhaust O2Since the concentration is set to a richer side than the steady-state value, the lack of acceleration can be solved and dribble deterioration can be prevented. Similarly, when the actual torque is too low with respect to the target torque, at least one of controlling the throttle 9 to the open side, controlling the EGR valve 6 to the closed side, and controlling the variable turbo 8 to the effective side is at least By executing one, it is possible to prevent the deterioration of the drivability.
[0054]
In the conventional feedback EGR control, the feedback gain is set high in order to improve the responsiveness of the EGR valve 6, so that there is a situation where the air amount fluctuates. For this reason, in the air priority control in which the fuel amount is determined from the oxygen amount, when the conventional feedback EGR control is performed, the fuel fluctuates due to the fluctuation of the air amount, and the drivability deteriorates. On the other hand, in the present embodiment, by performing open loop control in which temporal air fluctuation is less likely to occur or open loop control with a learning control function, unnecessary torque fluctuation can be prevented and good drivability can be achieved. It is possible to obtain
[0055]
When the engine is started or idle, the air priority control is switched to the fuel priority control. In other words, when the engine is started, the exhaust air O is controlled by air priority control.2Since startability is more important than adjusting the concentration to the target value, fuel priority control is executed to improve startability. During idling, exhaust gas O2Because there is relatively little variation in concentration, there is less need for air priority control and fuel priority control can directly control torque, so fuel priority control is executed instead of air priority control. .
[0056]
Further, when an abnormality occurs in the intake system and the EGR system, the air priority control is switched to the fuel priority control. For example, if an abnormality occurs in the throttle 9, the EGR valve 6, the air flow meter 7, etc., the amount of oxygen sucked into the engine 1 cannot be accurately estimated, so that the fuel injection amount determined from the amount of oxygen may vary greatly. . On the other hand, if the fuel priority control is the same as that of the conventional diesel engine, the fuel injection amount can be obtained from the engine speed and the accelerator opening, so that even if an abnormality occurs in the intake system and the EGR system, the fuel injection is performed. The amount does not vary greatly, which is advantageous in terms of safety.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a control system of a diesel engine.
FIG. 2 is a flowchart showing an overall control flow of the system.
FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure for air priority control.
FIG. 4 is a map for calculating a target torque.
FIG. 5 is a map for calculating a target boost pressure.
FIG. 6 is a map for calculating a throttle opening.
FIG. 7 is a map for calculating a base opening degree of an EGR valve.
FIG. 8 is a map for calculating a target EGR rate.
FIG. 9 Target exhaust O at steady state2It is a map for calculating a density.
[Fig. 10] Accelerator opening and target exhaust O at steady state and transient time2It is drawing which shows the correlation with a density | concentration.
[Explanation of symbols]
1 Diesel engine
3 Intake pipe (intake route)
4 Exhaust pipe (exhaust path)
6 EGR valve (intake system function)
7 Air flow meter (intake system function)
8 Variable turbo (supercharger with variable pressure control mechanism)
9 Throttle (intake system function)
12 O2Sensor
13 ECU (control device)

Claims (8)

排気の一部を吸気に還流させるEGR機能を有するディーゼルエンジンの制御装置であって、
前記エンジンの運転状態に基づいて目標EGR率を算出するEGR率算出手段と、
このEGR率算出手段で算出された前記目標EGR率が得られる様に、前記EGR機能に具備されるEGRバルブを制御するEGR制御手段と、
前記エンジンに吸入されるEGRガス分を含む酸素量を推定する酸素量推定手段と、
前記エンジンの運転状態に基づいて排気ガスの目標O濃度を設定する排気O濃度設定手段と、
この排気O濃度設定手段で設定された目標排気O濃度が得られる様に、前記酸素量推定手段で推定された酸素量から燃料噴射量を算出する噴射量算出手段とを有し、
前記EGRバルブの制御方法を、現在のEGR率が前記目標EGR率と等しくなる様に偏差を学習し、その偏差をオープン制御時の操作量に加える学習制御機能付オープンループ制御、もしくは目標物理値に収束するためのフィードバック制御量のゲインを十分に小さく設定したフィードバック制御の何れかで行うことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
A control device for a diesel engine having an EGR function of returning a part of exhaust gas to intake air,
EGR rate calculating means for calculating a target EGR rate based on the operating state of the engine;
EGR control means for controlling an EGR valve included in the EGR function so that the target EGR rate calculated by the EGR rate calculation means is obtained;
An oxygen amount estimating means for estimating an oxygen amount including an EGR gas component sucked into the engine;
Exhaust O 2 concentration setting means for setting a target O 2 concentration of the exhaust gas based on the operating state of the engine;
As the target exhaust O 2 concentration set by the exhaust O 2 concentration setting means to obtain, possess the injection amount calculating means for calculating a fuel injection amount from the amount of oxygen estimated by the oxygen amount estimating means,
The control method of the EGR valve learns the deviation so that the current EGR rate is equal to the target EGR rate, and adds the deviation to the manipulated variable at the time of open control, or the target physical value A control apparatus for a diesel engine, which is performed by any one of feedback control in which a gain of a feedback control amount for converging to the above is set to be sufficiently small .
請求項1に記載したディーゼルエンジンの制御装置において、
排気経路に排気ガスの排気O濃度を検出するOセンサが設置され、
このOセンサで検出される排気O濃度が前記目標排気O濃度に収束する様に、前記噴射量算出手段で算出された燃料噴射量を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。
In the control device of the diesel engine according to claim 1,
An O 2 sensor for detecting the exhaust O 2 concentration of the exhaust gas is installed in the exhaust path,
A control device for a diesel engine, wherein the fuel injection amount calculated by the injection amount calculation means is corrected so that the exhaust O 2 concentration detected by the O 2 sensor converges to the target exhaust O 2 concentration. .
請求項1または2に記載したディーゼルエンジンの制御装置において、
吸気経路にスロットルを具備するディーゼルエンジンに対し、少なくともアクセル開度とエンジン回転数とから求められる目標トルクが大きい程、スロットル開度が大きく設定されることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
In the control device of the diesel engine according to claim 1 or 2,
A diesel engine control device, wherein a throttle opening is set to be larger as a target torque obtained from at least an accelerator opening and an engine speed is larger than a diesel engine having a throttle in an intake path.
請求項1〜3に記載した何れかのディーゼルエンジンの制御装置において、
可変絞り機構等によりターボ効率を可変する可変圧力制御機構付き過給機を備えるディーゼルエンジンに対し、少なくともアクセル開度とエンジン回転数とから求められる目標トルクが大きい程、目標過給圧を大きくし、この目標過給圧に近づく様に、前記過給機の可変圧力制御機構をフィードバック制御することを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
In the control apparatus of the diesel engine as described in any one of Claims 1-3,
For a diesel engine equipped with a turbocharger with a variable pressure control mechanism that varies the turbo efficiency by a variable throttle mechanism, etc., the target boost pressure is increased as the target torque required from at least the accelerator opening and the engine speed is larger. The diesel engine control apparatus performs feedback control of the variable pressure control mechanism of the supercharger so as to approach the target supercharging pressure.
請求項1〜4に記載した何れかのディーゼルエンジンの制御装置において、
少なくともアクセル開度とエンジン回転数とから求められる目標トルクに対して実トルクが低過ぎる時は、前記目標排気O 濃度を定常時よりリッチ側に設定することを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
In the control apparatus of the diesel engine as described in any one of Claims 1-4,
A control apparatus for a diesel engine, characterized in that the target exhaust O 2 concentration is set to a richer side than the steady state when the actual torque is too low with respect to the target torque obtained from at least the accelerator opening and the engine speed. .
請求項1〜5に記載した何れかのディーゼルエンジンの制御装置において、
少なくともアクセル開度とエンジン回転数とから求められる目標トルクに対して実トルクが低過ぎる時は、前記EGRバルブを閉じ側に制御するか、吸気経路にスロットルを具備するディーゼルエンジンにおいて、スロットルを開き側に制御するか、可変絞り機構等によりターボ効率を可変する可変圧力制御機構付き過給機を備えるディーゼルエンジンにおいて、過給機を効き側に制御するかのうち、少なくとも一つを実行することを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
In the control apparatus of the diesel engine in any one of Claims 1-5,
If the actual torque is too low with respect to the target torque obtained from at least the accelerator opening and the engine speed , the throttle valve is opened in a diesel engine that controls the EGR valve to the closed side or has a throttle in the intake path. In a diesel engine equipped with a turbocharger with a variable pressure control mechanism that controls the turbo efficiency by a variable throttle mechanism or the like, at least one of the supercharger is controlled to the effective side is executed Diesel engine control device.
請求項1〜6に記載した何れかのディーゼルエンジンの制御装置において、
請求項1に記載した酸素量から燃料噴射量を決定する制御を空気優先制御と呼び、前記エンジンの運転状態から燃料噴射量を求めた後、前記エンジンに吸入される酸素量が決定される制御を燃料優先制御と呼ぶ時に、
エンジン始動時もしくはアイドリング時には、前記空気優先制御から前記燃料優先制御に切り替えることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
In the control apparatus of the diesel engine in any one of Claims 1-6,
The control for determining the fuel injection amount from the oxygen amount according to claim 1 is called air priority control, and after obtaining the fuel injection amount from the operating state of the engine, the control for determining the oxygen amount sucked into the engine Is called fuel priority control,
A diesel engine control device that switches from the air priority control to the fuel priority control when the engine is started or idling .
請求項1〜7に記載した何れかのディーゼルエンジンの制御装置において、
請求項1に記載した酸素量から燃料噴射量を決定する制御を空気優先制御と呼び、前記エンジンの運転状態から燃料噴射量を求めた後、前記エンジンに吸入される酸素量が決定される制御を燃料優先制御と呼ぶ時に、
エンジンに吸入される酸素量を推定するために必要な吸気系及びEGR系の機能に異常が発生した時は、前記空気優先制御から前記燃料優先制御に切り替えることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
In the control apparatus of the diesel engine in any one of Claims 1-7,
The control for determining the fuel injection amount from the oxygen amount according to claim 1 is called air priority control, and after obtaining the fuel injection amount from the operating state of the engine, the control for determining the oxygen amount sucked into the engine Is called fuel priority control,
A control apparatus for a diesel engine , wherein when an abnormality occurs in functions of an intake system and an EGR system necessary for estimating an oxygen amount taken into the engine, the air priority control is switched to the fuel priority control. .
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