JP2001263081A - エンジンの過給圧制御装置 - Google Patents

エンジンの過給圧制御装置

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JP2001263081A
JP2001263081A JP2000078671A JP2000078671A JP2001263081A JP 2001263081 A JP2001263081 A JP 2001263081A JP 2000078671 A JP2000078671 A JP 2000078671A JP 2000078671 A JP2000078671 A JP 2000078671A JP 2001263081 A JP2001263081 A JP 2001263081A
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valve
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JP2000078671A
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Tsunehiro Sato
恒博 佐藤
Naomoto Okada
直基 岡田
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Mazda Motor Corp
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Mazda Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】応答性の低い積分項による目標過給圧への収束
性の悪化を抑える。 【解決手段】積分項の不感帯±RPIDを目標過給圧P
T付近に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はエンジンの過給圧制
御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のエンジンの過給圧制御装置とし
て、例えば、特開平7−332097号公報には、エン
ジンの過渡運転時における過給圧制御応答性を、追従性
を高めるために、実過給圧と目標過給圧との偏差を求
め、この偏差に基づいてフィードバック値を補正するも
のが開示されている。
【0003】また、特開平10−331650号公報に
は、排気タービンへの排気ガス流量を調整する可変ノズ
ルを備えるターボチャージャが開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】エンジンが低回転及び
低負荷領域では、排気ガス流量が小さくターボチャージ
ャによる過給圧の上昇が不十分なため、特に、ディーゼ
ルエンジンのように吸入空気量を増加させて酸素利用率
を高めて排気ガスの浄化を図りたい時に浄化効率を高め
られないという問題がある。そこで、特開平10−33
1650号公報のように、可変ノズルを備えるターボチ
ャージャを用いて目標過給圧にフィードバック制御する
ことで過給圧の低下を抑え且つ排気ガスの浄化効率をを
高めている。
【0005】ところが、可変ノズルによる過給圧のフィ
ードバック制御において、積分項は応答性が低いため
に、過渡運転時等に実過給圧が目標過給圧に対して大き
くずれた状態で設定された積分項が目標過給圧付近で反
映されて目標過給圧への収束性が悪化するという不都合
がある。
【0006】また、比例項や微分項は応答性が高いため
に、過給機のハード的なバラツキにより生じる実過給圧
の定常的なバラツキに対して、比例項や微分項により応
答性良くフィードバックすると、目標過給圧付近でハン
チングが発生する虞がある。
【0007】本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その
目的は、目標過給圧へのフィードバック制御において、
応答性の低い積分項による目標過給圧への収束性の悪化
を抑えるエンジンの過給圧制御装置を提供することであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決し、目
的を達成するために、本発明のエンジンの過給圧制御装
置は、以下の構成を備える。即ち、過給機と、該過給機
による過給圧を検出する過給圧検出手段と、該過給圧検
出手段により検出された実過給圧と目標過給圧との偏差
に応じて積分項と、比例項若しくは微分項の少なくとも
1つに基づいてフィードバック補正値を設定するフィー
ドバック制御手段とを備えるエンジンの過給圧制御装置
であって、前記フィードバック制御手段は、前記実過給
圧と目標過給圧との偏差が所定値以下の時に前記積分項
を設定する。
【0009】また、好ましくは、前記所定値は、前記比
例項若しくは微分項の不感帯と一致させた。
【0010】また、好ましくは、前記積分項の演算周期
を比例項若しくは微分項の演算周期に対して長く設定し
た。
【0011】また、好ましくは、前記過給機は排気ター
ボ過給機であって、該過給機の排気タービンに流入する
排気ガスの流速を可変にする可動ベーンを備える。
【0012】
【発明の効果】以上説明のように、請求項1の発明によ
れば、実過給圧と目標過給圧との偏差が所定値以下の時
に積分項を設定することにより、過渡運転時等に、応答
性の低い積分項により実過給圧が目標過給圧に対して大
きくずれた状態で設定されて、目標過給圧付近で反映さ
れることによる目標過給圧への収束性悪化を抑えること
ができる。
【0013】請求項2の発明によれば、所定値は、比例
項若しくは微分項の不感帯と一致させたことにより、比
例項若しくは微分項の不感帯内では比例項及び微分項は
変化せず、積分項のみによりフィードバック制御するの
でハンチングを防止でき、比例項若しくは微分項の不感
帯外では積分項は設定せず、比例項及び微分項のみによ
りフィードバック制御するので、実過給圧が目標過給圧
に対して大きくずれた状態で積分項で設定されるのを防
止しつつ、比例項及び微分項によるフィードバック制御
により制御応答性を向上できる。従って、制御応答性向
上とハンチング防止との両立が図れる。
【0014】請求項3の発明によれば、積分項の演算周
期を比例項若しくは微分項の演算周期に対して長く設定
したことにより、積分項の実過給圧と目標過給圧とのず
れの影響を最小限に抑えることができる。
【0015】請求項4の発明によれば、過給機は排気タ
ーボ過給機であって、該過給機の排気タービンに流入す
る排気ガスの流速を可変にする可動ベーンを備えること
により、機械的なバラツキを有する可動ベーンを応答性
良く制御できる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、添付図面を参照して詳細に説明する。
【0017】図1において、本実施形態のエンジン1
は、自動車用の多気筒直憤式のディーゼルエンジンであ
る。エンジン1において、2はシリンダブロック、3は
シリンダヘッド、4はピストン、5は燃料噴射弁、6は
グロープラグ、7は吸気弁、8は排気弁であり、燃料噴
射弁5は直接筒内へ燃料噴射を行う。そして、吸気弁
7、排気弁8はそれぞれ、1つの気筒についてそれぞれ
2個ずつ設けられている(図1では一方の吸気弁7、排
気弁8のみを示す)。
【0018】吸気通路10は、途中にサージタンク11
を有する。サージタンク11よりも上流側の共通吸気通
路12は、各気筒共通用とされて、その上流側から下流
側へ順次、エアクリーナ13、エアフローメータ14、
排気ターボ過給機15のコンプレッサホイール15a、
インタークーラ16、過給圧検出手段としての吸気圧セ
ンサ17、吸気絞り弁18が配設されている。吸気絞り
弁18は、全閉のときであっても、共通吸気通路12を
完全に閉じることなく、所定の小さな有効開口面積でも
って共通吸気通路12を開口させておくように設定され
る。
【0019】サージタンク11と各気筒とは、個々独立
した独立吸気通路19によって、個々独立して接続され
ている。独立吸気通路19内は、隔壁19cによって並
列な2本の分岐独立吸気通路19a、19bに画成され
ており、各分岐独立吸気通路19a、19bが2つの吸
気弁7によって開閉される。一方の分岐独立吸気通路1
9aは、燃焼室内で吸気のスワールを生成すべく、シリ
ンダほぼ接線方向に指向するように燃焼室内に開口され
ており、他方の分岐独立吸気通路19bには、第2の吸
気制御弁としてのスワール弁20が配設されている。ス
ワール弁20が閉じられたとき、他方の分岐独立吸気通
路19bは完全に閉じられて、吸気は一方の分岐独立吸
気通路19aのみから勢いよく燃焼室へと供給されて、
スワールが強化される(吸気流動が大)。
【0020】エンジン1の排気通路21には、その上流
側から下流側へ順次、排気ターボ過給機15のタービン
ホイール15b、排気ガス浄化触媒(プレキャタ)22
が配設され、排気ガスは、浄化触媒22を経由した後、
それぞれ図示を略す別の排気ガス浄化触媒(メインキャ
タ)、サイレンサを経て、大気へ排出される。排気ター
ボ過給機15の各ホイール15aと15bとは、軸15
cを介して一体回転するように連結されている。この排
気ターボ過給機15は、後述するように、過給容量(過
給効率)が可変式とされている。
【0021】排気通路21中の排気ガスの一部が、EG
R通路23を経て、共通吸気通路12へと還流されるよ
うになっている。排気ガス還流量つまりEGRガス量
が、EGR通路23へ配設されたEGRバルブ24によ
って調整可能とされている。このEGR通路23は、排
気通路21に対しては、タービンホイール15bの上流
側においてEGRガス入口23aとして開口され、また
共通吸気通路12に対しては、吸気絞り弁18とサージ
タンク11との間においてEGRガス導入口23bとし
て開口されている。なお、EGR通路23の外周には、
EGRバルブ24よりも排気通路21側において、所定
長さに亘ってEGRガスを冷却するための冷却フィン2
5が形成されている。
【0022】吸気絞り弁18は、負圧往動式のアクチュ
エータ31によって開閉駆動される。スワール弁20
は、負圧往動式のアクチュエータ32によって開閉駆動
される。排気ターボ過給機15は、負圧往動式のアクチ
ュエータ33によってその過給能力が変更される。さら
に、EGRバルブ24も、負圧往動式とされている。上
記EGRバルブ24および各アクチュエータ31〜33
の作動のために、エンジン1により駆動されるバキュー
ムポンプ34が設けられている。
【0023】このバキュームポンプ34によって常時負
圧とされた負圧供給用通路34に対して、通路36を介
してアクチュエータ31が接続され、通路36には、電
磁式の切換弁37が接続されている。この切換弁37
は、オン、オフ式とされて、アクチュエータ31に対し
て負圧を供給して(通路35への接続状態)吸気絞り弁
18を閉とする状態と、アクチュエータ31を大気へ開
放して吸気絞り弁18を開とする状態とに切換える。
【0024】アクチュエータ32が、通路38を介して
負圧供給用通路35に接続され、この通路38に電磁式
の切換弁39が接続されている。この切換弁39は、オ
ン、オフ式とされて、アクチュエータ32に対して負圧
を供給して(通路35への接続状態)スワール弁20を
閉とする状態と、アクチュエータ32を大気へ開放して
スワール弁20を開とする状態とに切換える。
【0025】アクチュエータ33は、連続可変式に駆動
されるもので、このため、デューティ制御される電磁式
の調整弁40が設けられている。この調整弁40は、3
方弁とされて、通路41を介してアクチュエータ33へ
接続され、通路42を介して負圧供給用通路35に接続
され、さらに通路43を介してエアクリーナ13から伸
びる大気圧供給用通路44に接続されている。上記通路
42には、負圧貯溜室45が接続されている。調整弁4
0によって、通路41(アクチュエータ33)の通路4
2(負圧供給用通路35)と通路43(大気圧供給用通
路44)とに対する連通度合いを連続可変式に変更する
ことによって、排気ターボ過給機15の過給容量が連続
可変式に変更される。前記調整弁40をバイパスして、
通路41を大気供給用通路44に接続するバイパス通路
46が設けられ、このバイパス通路46には、電磁式の
開閉弁47が接続されている。アクチュエータ33は、
供給される負圧が大きいほど過給能力を高くなるように
作動されるもので、上記開閉弁47を開くことにより、
排気ターボ過給機15の過給能力が応答よく一気に低下
される。
【0026】EGRバルブ24の開度調整のため、それ
ぞれデューティ式の調整弁50、51が設けられてい
る。調整弁50は、3方弁とされて、通路52を介して
EGRバルブ24(の負圧往動式アクチュエータ24
a)に接続され、通路53を介して負圧供給用通路35
に接続され、通路54を介して大気供給用通路44に接
続されている。そして、他の調整弁51は、上記通路5
3に接続されている。調整弁50によって、通路52
(アクチュエータ24a)の通路53と54とに対する
連通度合いが連続可変式に変更され、調整弁51によっ
て、調整弁50へ供給される負圧の大きさが連続可変式
に調整される。アクチュエータ24aに供給される負圧
縮が大きいほどEGRバルブ24の開度が大きくなり
(EGRガス量が大)、調整弁50によって通路52を
大気供給用通路54のみに接続することによって、EG
Rバルブ24が応答よく一気に閉弁される。
【0027】図2は、排気ターボ過給機15の過給容量
調整部分の一例を示すものである。
【0028】図2において、61はスクロール部であ
り、タービンホイール15bの周囲には、周方向等間隔
に多数の可変ノズル62が配設されている。各可変ノズ
ル62は、それぞれ回転軸63を中心に揺動可能とされ
て、排気ガスのタービンホイール15bに対する流入方
向を変更する。可変ノズル63が、例えば図2の波線で
示す位置にあるときは、図2の実線で示す位置のときに
比して、排気ガスがタービンホイール15bに対して勢
いよくあたり、過給能力が大きくされる。勿論、可変ノ
ズル63の揺動位置が、前述したアクチュエータ33に
よって変更されることになる。なお、過給容量の変更の
ためには、図2で示すような可変ノズル式とする他、ウ
エストゲートバルブ式等、適宜の手法を用いることがで
きる。
【0029】図3は、制御系統例を示すものであり、図
中Uは、マイクロコンピュータを利用して構成されたコ
ントローラである。このコントローラUには、エアフロ
ーメータ14からの実際の空気量を示す信号、吸気圧セ
ンサ17からの吸気圧を示す信号が入力される他、アク
セル開度センサS1からのアクセル開度を示す信号、エ
ンジン回転数センサS2からのエンジン回転数を示す信
号、および大気圧センサS3からの大気圧を示す信号が
入力される。また、コントローラUからは、各電磁式の
弁37、39、40、47、50、51に対して所定の
制御信号が出力される。
【0030】次に、コントローラUによる制御の概要に
ついて説明する。まず、図3において、エンジン回転数
とエンジン負荷としての燃料噴射量とをパラメータとし
て、エンジンの運転領域がX1〜X4の4つの領域に分
けられている。領域X1、X2、X3、X4の順に、高
回転あるいは高負荷となるようにされている。吸気絞り
弁18およびスワール弁20の開閉制御、EGR制御お
よび過給圧制御のそれぞれについての領域X1〜X4と
の関係は、例えば次のように設定されている。 (1)吸気絞り弁18およびスワール弁20 領域X1では、吸気絞り弁18およびスワール弁20が
それぞれ閉とされる領域であり、領域X2〜X4ではそ
れぞれ各弁18、20が開かれる。 (2)EGR制御 領域X1とX2では、エアフローメータ14で検出され
る実際の空気量が目標空気量となるように、EGRバル
ブ24の開度がフィードバック制御される。領域X3と
X4では、EGRが停止される(EGRガスの吸気通路
への還流なし)。 (3)過給圧制御 全領域X1〜X4で過給が行われるが、領域X4では、
吸気圧センサ17で検出される実際の過給圧(実過給
圧)が目標過給圧となるように、排気ターボ過給機15
の過給容量(可変ノズル62の揺動位置)がフィードバ
ック制御される。領域X1〜X3では、実際の過給圧が
目標過給圧となるように、オープンループ制御される。
尚、全領域X1〜X4でフィードバック制御を行うよう
にしてもよい。
【0031】上述した排気ターボ過給機15の過給圧の
フィードバック制御においては、実過給圧PSと目標過
給圧PTとの偏差ΔPに応じて、比例項、積分項、微分
項の各フィードバック補正値PF/B、IF/B、DF/Bに、
図5乃至図8に示すように不感帯が設定されており、各
不感帯ではフィードバック補正値として前回値がそのま
ま用いられるホールド状態とされる。尚、過給圧のフィ
ードバック制御は、積分項と、比例項若しくは微分項の
少なくとも1つに基づいて行ってもよい。
【0032】図5に示すように、実過給圧PSと目標過
給圧PTとの偏差ΔPが不感帯±RPIDの範囲では、
比例項、積分項、微分項の全てのフィードバック補正値
PF/B、IF/B、DF/Bが前回値にホールド状態とされ
る。
【0033】実過給圧PSと目標過給圧PTとの偏差Δ
Pが不感帯±RPDの範囲では、比例項、微分項のフィ
ードバック補正値PF/B、DF/Bが前回値にホールド状態
とされ、積分項のみが設定される。つまり、積分項が設
定される領域が、比例項及び微分項の不感帯±RPDに
一致させている。
【0034】実過給圧PSと目標過給圧PTとの偏差Δ
Pが不感帯±RIの範囲では、積分項のフィードバック
補正値IF/Bがゼロに設定され、比例項及び微分項が設
定される。
【0035】各不感帯の大きさは、|RPID|<|R
PD|<|RI|とされ、積分項の演算周期TIを比例
項若しくは微分項の演算周期TPDに対して長く、例え
ば、TPDが32.8msecで、TPD=7×TIに
設定している。積分項の演算周期TIは、比例項若しく
は微分項の演算周期の7周期分を1周期に設定されてい
る場合、7周期分の各値の平均値を1周期分の値として
演算する。
【0036】上記実施形態によれば、積分項の不感帯±
RPIDを目標過給圧PT付近に設定することで、過渡
運転時等に、応答性の低い積分項により実過給圧PSが
目標過給圧PTに対して大きくずれた状態で設定され
て、目標過給圧PT付近で反映されることによる目標過
給圧への収束性悪化を抑えることができる。
【0037】また、積分項の不感帯内では比例項及び微
分項により、不感帯外では積分項により夫々フィードバ
ック制御するので、制御応答性向上とハンチング防止と
の両立が図れる。
【0038】また、積分項の不感帯±RPIDを、比例
項若しくは微分項の不感帯±RPDに対して小さく設定
して、制御応答性の低い積分項での制御を目標過給圧P
T付近にて行うことにより、過給機のハード的なバラツ
キと積分項の応答遅れによる過給圧のずれを抑えること
ができる。
【0039】更に、比例項や微分項の不感帯を積分項に
比して大きくすることで、目標過給圧PT付近でのハン
チングを防止できる。
【0040】不感帯の設定例を示す図6乃至図8におい
て、横軸に実過給圧から目標過給圧を差し引いた偏差Δ
Pが設定され、縦軸にフィードバック補正値PF/B、IF
/B、DF/B(可変ノズル62の揺動位置の制御値)とし
てアクチュエータ33を制御する調整弁40へのデュー
ティ制御値が設定される。上記偏差ΔPがプラスの値の
ときは、実過給圧が高すぎるときであり、このときはフ
ィードバック補正値(デューティ制御値)は減少される
(可変ノズル62の開度が大きくなる方向に補正)。逆
に、上記偏差ΔPがマイナスの値のときは、実過給圧が
少なすぎるときであり、このときはフィードバック補正
値が減少される(可変ノズル62の開度が小さくなる方
向に補正)。偏差ΔPが、図6乃至図8に示す不感帯と
なるような小さいときは、フィードバック補正値は更新
されないことになる(前回値のままホールド)。
【0041】以上のことを前提として、コントローラU
による制御内容のうち、特に過給圧のフィードバック制
御の点に着目して、図9及び図10のフローチャートを
参照しつつ説明する。
【0042】図9に示すように、ステップS1では、大
気圧、アクセル開度、エンジン回転数、実過給圧等のデ
ータが入力される。ステップS2では、アクチュエータ
33を制御する調整弁40への基本デューティ制御値が
演算される。ステップS3では、大気圧による補正値が
演算される。ステップS4では、アクセル開度から加速
度による補正値が演算される。
【0043】ステップS5では、フィードバック補正値
PF/B、IF/B、DF/Bを演算する。フィードバック補正
値は、後述する図10により演算される。
【0044】ステップS6では、基本デューティ制御
値、大気圧補正値、加速度補正値、及びフィードバック
補正値PF/B、IF/B、DF/Bから最終デューティ制御値
を演算する。
【0045】ステップS7では、調整弁40に最終デュ
ーティ制御値を出力する。
【0046】次に、フィードバック補正値の演算フロー
について図10を参照して説明する。
【0047】図10に示すように、ステップS11で
は、大気圧、アクセル開度、エンジン回転数、実過給圧
等のデータが入力される。ステップS12では、目標過
給圧PTが演算される。ステップS13では、実過給圧
PSと目標過給圧PTとの偏差ΔPが演算される。
【0048】ステップS14では、フィードバック補正
値の積分項IF/Bが演算される。ステップS15では、
積分項IF/Bの演算周期TIになったか判定する。ステ
ップS15で積分項IF/Bの演算周期TIになったなら
ば(ステップS15でYES)、ステップS16に進
み、積分項IF/Bの演算周期TIになっていないならば
(ステップS15でNO)、ステップS17に進む。
【0049】ステップS16では、比例項若しくは微分
項の演算周期TPDごとの過去の履歴から所定周期分α
×TPDにおける積分項IF/Bの平均値を演算する。ス
テップS17では、フィードバック補正値の比例項PF/
Bが演算される。ステップS18では、フィードバック
補正値の微分項DF/Bが演算される。
【0050】ステップS19では、上記フィードバック
補正値PF/B、IF/B、DF/Bから最終フィードバック補
正値を演算する。
【0051】ステップS20では、最終フィードバック
補正値が上限値より大きいか判定し、大きいならば(ス
テップS20でYES)、ステップS21で最終フィー
ドバック補正値を上限値に設定してリターンする。
【0052】また、ステップS20で最終フィードバッ
ク補正値が上限値より小さいならば(ステップS20で
NO)、ステップS22で最終フィードバック補正値が
下限値より小さいか判定し、小さいならば(ステップS
22でYES)、ステップS23で最終フィードバック
補正値を下限値に設定してリターンする。
【0053】また、ステップS22で最終フィードバッ
ク補正値が下限値より大きいならば(ステップS22で
NO)、ステップS19で演算された最終フィードバッ
ク補正値を設定してリターンする。
【0054】尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲
で上記実施形態を修正又は変形したものに適用可能であ
る。
【0055】本実施形態の過給圧のフィードバック制御
は、ディーゼルエンジンだけでなく、ガソリンエンジン
に搭載される過給機、あるいはスーパーチャージャやウ
ェストゲートバルブの制御にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態のエンジンの全体図である。
【図2】排気ターボ過給機の過給容量可変部分を示す要
部断面図である。
【図3】図1の制御ブロック図である。
【図4】エンジン回転数と燃料噴射量とに応じた過給機
の制御マップを示す図である。
【図5】本実施形態の過給圧のフィードバック制御を示
すタイミングチャートである。
【図6】フィードバック補正値の比例項に関する不感帯
を示す図である。
【図7】フィードバック補正値の微分項に関する不感帯
を示す図である。
【図8】フィードバック補正値の積分項に関する不感帯
を示す図である。
【図9】本実施形態の過給圧のフィードバック制御を示
すフローチャートである。
【図10】本実施形態の過給圧のフィードバック制御を
示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 エンジン 15 排気ターボ過給機 33 アクチュエータ 40 調整弁 U コントローラ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 過給機と、該過給機による過給圧を検出
    する過給圧検出手段と、該過給圧検出手段により検出さ
    れた実過給圧と目標過給圧との偏差に応じて積分項と、
    比例項若しくは微分項の少なくとも1つに基づいてフィ
    ードバック補正値を設定するフィードバック制御手段と
    を備えるエンジンの過給圧制御装置であって、 前記フィードバック制御手段は、前記実過給圧と目標過
    給圧との偏差が所定値以下の時に前記積分項を設定する
    ことを特徴とするエンジンの過給圧制御装置。
  2. 【請求項2】 前記所定値は、前記比例項若しくは微分
    項の不感帯と一致させたことを特徴とする請求項1に記
    載のエンジンの過給圧制御装置。
  3. 【請求項3】 前記積分項の演算周期を比例項若しくは
    微分項の演算周期に対して長く設定したことを特徴とす
    る請求項1に記載のエンジンの過給圧制御装置。
  4. 【請求項4】 前記過給機は排気ターボ過給機であっ
    て、該過給機の排気タービンに流入する排気ガスの流速
    を可変にする可動ベーンを備えることを特徴とする請求
    項1に記載のエンジンの過給圧制御装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009085139A (ja) * 2007-10-01 2009-04-23 Hitachi Ltd 可変動弁機構の制御装置
WO2016194141A1 (ja) * 2015-06-02 2016-12-08 三菱電機株式会社 内燃機関の制御装置

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