JP2004092479A - Controller of internal combustion engine - Google Patents

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JP2004092479A
JP2004092479A JP2002253462A JP2002253462A JP2004092479A JP 2004092479 A JP2004092479 A JP 2004092479A JP 2002253462 A JP2002253462 A JP 2002253462A JP 2002253462 A JP2002253462 A JP 2002253462A JP 2004092479 A JP2004092479 A JP 2004092479A
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Japan
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intake
egr
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exhaust
concentration
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JP2002253462A
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Japanese (ja)
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Sumiko Kodaira
小平 壽美子
Kazuo Kobayashi
小林 和雄
Hiroshi Haraguchi
原口 寛
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/45Sensors specially adapted for EGR systems
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    • F02M26/45Sensors specially adapted for EGR systems
    • F02M26/48EGR valve position sensors

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the accelerating ability and improve the exhaust gas characteristic on acceleration. <P>SOLUTION: An ECU 8 predicts the concentration of exhaust O<SB>2</SB>at a cylinder position, and controls the opening of an EGR valve 7 corresponding to the difference between a predicted value and a concentration of the desired exhaust O<SB>2</SB>. In this case, the response of the EGR valve 7 can be quickly followed without delay for the sharp fluctuation in the exhaust pressure. Therefore, compared with a conventional EGR control (ex. a method for carrying out F/B control of a valve opening corresponding to the difference between the detected valve and a desired value of an air flow meter 9), the EGR valve 7 quickly responses so that the F/B gain of a VNT 2 can be large without increasing an EGR amount owing to the increase of the exhaust pressure to realize the high response of the VNT 2. Therefore, the accelerating ability is improved and smoke is reduced to improve the exhaust gas characteristic. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過給圧とEGR量の双方を制御する内燃機関の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、可変容量型の過給機(VNTと呼ぶ)を有するエンジンにおいて、排気ガスの一部を吸気系に戻すEGRを実施するものが知られている。
VNTは、ベーン開度(絞り量)に応じて過給圧を可変するもので、例えば過給圧センサで検出される実際の過給圧が目標過給圧に収束する様にベーン開度をフィードバック(F/B)制御するものが知られている。
EGRは、EGR通路の開口割合を調節するEGRバルブを有し、例えばエアフロメータにて計測される実際の吸入空気量が目標吸入空気量に収束する様に、EGRバルブの開度をF/B制御するものが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、加速時には、シリンダに流入する新気の導入を早めて加速感を向上させたいという要求がある。これに対し、VNTのF/Bゲインを大きくして応答を速くすることが考えられる。
しかし、加速感を得るために、EGRバルブのF/B制御時にVNTの応答を速くすると、図10(a)に示す様に、VNTのF/Bゲインが小さく応答が遅い場合やVNTをオープン制御した場合(図中、細い実線で示す)と比較して、排圧の上昇に伴ってEGR量が増加するため、却って加速性が悪くなると共に、スモークの発生量が増加するという問題が生じる。
【0004】
これは、エアフロメータの位置とシリンダ位置との間に距離があり、排圧変動に伴うEGR量の増減の影響が瞬時にはエアフロメータの検出結果に反映されないためである。その結果、VNTの応答を速くしても、排圧の上昇に対してEGRバルブが速やかに追従できないため、スモークの増加を招いてしまう。
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、加速性の向上と、加速時の排ガス特性の向上とを実現できる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
(請求項1の発明)
本発明は、ベーン開度に応じて過給圧を可変する可変容量型の過給機と、バルブ開度に応じて吸気系に還流する排気ガス量(EGR量)を可変するEGR装置とを備える内燃機関に対し、過給機のベーン開度及びEGR装置のバルブ開度を制御する制御装置であって、
シリンダ位置で予測される吸気状態とその目標値との偏差に応じてEGR装置のバルブ開度をフィードバック制御するEGR制御手段と、実際の過給圧(吸気圧センサの検出値)と目標過給圧との偏差、または過給圧に相関するパラメータとその目標値との偏差に応じて過給機のベーン開度をフィードバック制御する過給機制御手段とを備えている。
【0006】
上記の構成によれば、過給機の応答を速くした結果、排圧が急激に上昇してEGR量が増加し、シリンダに流入する新気量が減少した場合、その影響が空気量計測手段の計測結果に反映される前に、シリンダ位置での吸気状態(例えば新気量)を予測することができる。従って、予測される吸気状態とその目標値との偏差に応じてEGR装置のバルブ開度をフィードバック制御することで、急激な排圧の変動に対してEGRバルブを速やかに追従させることができる。
【0007】
(請求項2の発明)
請求項1に記載した内燃機関の制御装置において、
過給圧に相関するパラメータとは、空気量計測手段にて計測される吸入空気量、またはこの吸入空気量に相関するA/F、吸気O2 濃度、排気O2 濃度、EGR率、EGR量の何れか1つ、あるいは吸気状態予測手段にて予測されるシリンダ位置での吸気状態であることを特徴とする。
過給機のフィードバック制御は、一般的に過給圧に基づいて行われるが、過給圧に限定する必要はなく、過給圧に相関する上記のパラメータに基づいてフィードバック制御しても良い。なお、A/Fと排気O2 濃度は、排気通路に取り付けられるO2 センサの検出値を用いることができる(計算で求めても良い)。
【0008】
(請求項3の発明)
請求項1または2に記載した内燃機関の制御装置において、
吸気状態とは、シリンダに流入する新気量、またはこの新気量に相関するA/F、吸気O2 濃度、排気O2 濃度、EGR率、EGR量の何れか1つであることを特徴とする
【0009】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図2は内燃機関の空気系統を模式的に示した構成図である。
本実施例の内燃機関(エンジン1と呼ぶ)は、可変容量型の過給機(VNT2と呼ぶ)とEGR装置(下述する)とを備える。
エンジン1には、図2に示す様に、シリンダヘッドにインジェクタ3が取り付けられ、図示しないコモンレールに蓄圧された高圧燃料がインジェクタ3から燃焼室1aに噴射される。
【0010】
VNT2は、エンジン1の排気通路4に設けられる排気タービン2Aと、吸気通路5に設けられるコンプレッサ2Bとで構成され、ベーン開度(絞り量)に応じて過給圧を可変する。
EGR装置は、排気通路4から吸気通路5に排気ガスの一部(EGRガス)を戻すための装置であり、排気通路4と吸気通路5とを連通するEGR通路6と、このEGR通路6の開口割合を調節するEGRバルブ7とを有し、このEGRバルブ7の開度に応じて排気通路4から吸気通路5に還流する排気ガス量(EGR量)を可変する。
【0011】
EGR通路6は、排気タービン2Aより上流側で排気通路4に接続され、コンプレッサ2Bより下流側で吸気通路5に接続されている。
EGRバルブ7は、例えばソレノイドを内蔵するリニア電磁弁であり、ECU8(図1参照)より出力されるバルブリフト指令値に応じてリフトすることにより、EGR通路6の開口割合を調節する。このEGRバルブ7には、バルブリフト量(EGR操作量)を検出するリフト量センサが取り付けられ、検出したバルブリフト量を電気信号に変換してECU8(図1参照)に出力する。
【0012】
吸気通路5には、最上流部に吸入空気を濾過するエアクリーナ(図示しない)が設置され、コンプレッサ2Bの上流側に吸入空気量を計測するエアフロメータ9が設けられている。また、コンプレッサ2Bの下流側に吸気スロットル10が設けられ、その吸気スロットル10の下流側には、吸気通路5内の吸気圧を検出する吸気圧センサ11と、吸入空気の温度を検出する吸気温センサ12とが取り付けられている。なお、本実施例では、吸気通路5の吸気スロットル10より上流側を吸気管5aと呼び、吸気スロットル10より下流側をマニホルド5bと呼ぶ。
排気通路4には、排気タービン2Aの下流側に排気O2 濃度を検出するO2 センサ13が取り付けられている。
【0013】
上記のエアフロメータ9、吸気圧センサ11、吸気温センサ12、及びO2 センサ13で検出される各情報は、それぞれECU8に出力される。
ECU8は、マイクロコンピュータを主体として構成される電子制御装置であり、図1に示す様に、シリンダ位置での吸気状態(本実施例では排気O2 濃度)を予測演算する演算回路8aと、VNT2のベーン開度を制御するVNT制御回路8b、及びEGR装置のバルブ開度(EGRバルブ7の開度)を制御するEGR制御回路8c等を有している。
【0014】
次に、本実施例の制御内容について説明する。
図3はECU8の処理手順を示すフローチャートである。
先ず、Step100 〜400 にてEGRバルブ7を制御する。
Step100 …シリンダ位置での排気O2 濃度を予測演算する(演算方法については後述する)。
Step200 …目標排気O2 濃度を読み込む。この目標排気O2 濃度は、エンジン1の運転条件(例えば回転数Ne と噴射量Q)に応じて予めマップ8d(図1参照)に記憶されている。
【0015】
Step300 …Step100 で演算したシリンダ位置での排気O2 濃度と、Step200 で読み込んだ目標排気O2 濃度との偏差に応じてF/B量(フィードバック量)を算出する。
Step400 …Step300 で算出したF/B量を、予めマップに記憶されているベース開度に加算してバルブ開度を求める。なお、ベース開度は、エンジン1の運転条件(例えば回転数Ne と噴射量Q)に適合して定められている。
【0016】
ここで、上記Step100 の処理内容について詳述する。
図4はStep100 の処理手順を示すサブルーチンである。
Step110 …シリンダに流入するガス量Mcld を計算する。
Step120 …マニホルド5bに流入する新気量MDth を計算する。
Step130 …マニホルド5bに流入するEGRガス量MEGR を計算する。
Step140 …シリンダに流入するガス中のO2 量O  cld を計算する。
Step150 …シリンダ位置での予測排気O2 濃度Cex mdlを計算する。
【0017】
次に、Step110 〜150 の処理内容について詳述する。
図5はStep110 の処理手順を示すサブルーチンである。
Step111 …吸気圧Pm を読み込む。
Step112 …吸気温Tm を読み込む。
Step113 …回転数Ne を読み込む。
Step114 …体積効率ηをNe とPm との関数として算出する。
Step115 …気体状態式とηからシリンダに流入するガス量Mcld を算出する。
なお、気体状態式に用いるRはガス定数であり、一定値で良い。
【0018】
図6はStep120 の処理手順を示すサブルーチンである。
Step121 …吸入空気量MAFM (エアフロメータ9の計測値)を読み込む。
Step122 …吸気圧Pm を読み込む。
Step123 …吸気温Tm を読み込む。
Step124 …吸気圧の変化分ΔPを算出する。
Step125 …吸気管5a内の質量増加分を気体状態式より計算し、下式▲1▼で表される吸気管5a内の質量保存則からマニホルド5bに流入する新気量MDth を算出する。
MAFM ×(2/気筒数)−MDth =ΔP・VIN/(Tm ・R)……▲1▼
【0019】
図7はStep130 の処理手順を示すサブルーチンである。
Step131 …吸気圧Pm を読み込む。
Step132 …吸気温Tm を読み込む。
Step133 …Step124 で算出した吸気圧の変化分ΔPを読み込む。
Step134 …Step125 で算出した新気量MDth を読み込む。
Step135 …Step115 で算出したシリンダ流入ガス量Mcld を読み込む。
Step136 …マニホルド5b内の質量増加分を気体状態式より計算し、下式▲2▼で表されるマニホルド5b内の質量保存則からマニホルド5bに流入するEGRガス量MEGR を算出する。
MDth +MEGR −Mcld =ΔP・Vm/(Tm ・R)………………▲2▼
【0020】
図8はStep140 の処理手順を示すサブルーチンである。
Step141 …マニホルド5bに流入する新気量MDth を読み込む。
Step142 …Step136 で算出したEGRガス量MEGR を読み込む。
Step143 …過去のサイクルにおいて計算された修正後の排気O2 濃度Cex c(i−n)を読み込む。
Step144 …Cex c(i−n)をEGRガス中のO2 濃度CEGR としてメモリに格納する。なお、n1 はガスの流入遅れを考慮したもので、定数、あるいはNe の関数、VNT2のベーン開度の関数、吸気圧の関数などでも良い。
【0021】
Step145 …新気ガスとEGRガスとが混合する場所でのO2 濃度Cm INを算出する。
Step146 …シリンダに流入するガス中のO2 濃度Cm cld を算出する。なお、n2 はガスの流入遅れを考慮したもので、定数あるいはNe の関数でも良い。
Step147 …シリンダ流入ガス量Mcld を読み込む。
Step148 …Mcld とCm cld との積によってシリンダ流入O2 量O  cld を求める。
【0022】
図9はStep150 の処理手順を示すサブルーチンである。
Step151 …シリンダ流入ガス量Mcld を読み込む。
Step152 …Step148 で算出したシリンダ流入O2 量O  cld を読み込む。
Step153 …指令噴射量Qr を読み込む。
Step154 …指令噴射量Qr によって消費されるO2 量O  qrを計算する。なお、K1 (定数)は、単位燃料量当たりの消費O2 質量である。但し、燃焼形態により不完全燃焼する割合が大きい(1%以上)場合は修正すると良い。
【0023】
Step155 …予測排気O2 濃度Cex mdlを算出する。
具体的には、シリンダに流入するO2 量O  cld から消費O2 量O  qrを引いて残存酸素量を算出し、それをシリンダに流入するガス量Mcld と燃料量K2 ×Qr との和で除することによりCex mdlを算出できる。なお、K2 は燃料密度で定数である。
【0024】
次に、Step500 〜700 にてVNT2を制御する。
Step500 …目標過給圧を算出する。この目標過給圧は、エンジン1の運転条件(例えば回転数Ne と噴射量Q)に応じて予めマップ8e(図1参照)に記憶されている。
Step600 …吸気圧センサ11から読み込んだ吸気圧とStep500 で算出した目標過給圧との偏差からF/B量(フィードバック量)を算出する。
Step700 …Step600 で算出したF/B量を、予めマップに記憶されているベース開度に加算してベーン開度を求める。なお、ベース開度は、エンジン1の運転条件(例えば回転数Ne と噴射量Q)に適合して定められている。
【0025】
(本実施例の効果)
本実施例では、シリンダ位置での吸気状態(実施例では排気O2 濃度)を予測し、その予測値と目標値(目標排気O2 濃度)との偏差に応じてEGRバルブ7をF/B制御しているので、急激な排圧の変動に対してEGRバルブ7の応答が遅れることがなく、速やかに追従させることができる。
これにより、従来のEGR制御(例えばエアフロメータ9の検出値と目標値との偏差に応じてバルブ開度をF/B制御する方法)と比較すると、図10(b)に示す様に、加速時にVNT2のF/Bゲインを大きくして応答を速くした場合でも、EGRバルブ7の反応が速いので、排圧の上昇に伴うEGR量の増加を抑制できる。その結果、加速性が向上し、且つスモークが減少して排ガス特性が向上する。
【0026】
(変形例)
上記の実施例では、シリンダ位置での吸気状態として排気O2 濃度を記載したが、排気O2 濃度以外にも、例えばシリンダに流入する新気量、またはこの新気量に相関するA/F、吸気O2 濃度、排気O2 濃度、EGR率、EGR量の何れか1つでも良い。
ここで、シリンダ位置でのEGR率REGR cld を予測するための演算方法を図11に示すフローチャートに基づいて説明する。
【0027】
Step800 …マニホルド5bに流入する新気量MDth を読み込む。
Step810 …マニホルド5bに流入するEGRガス量MEGR を読み込む。
Step820 …新気ガスとEGRガスとが混合する場所でのEGR率REGR を以下の式より算出する。
REGR =MEGR /(MDth +MEGR )
Step830 …REGR からシリンダ位置でのEGR率REGR cld を予測する。
なお、n2 は定数あるいはNe の関数である。
【0028】
続いて、シリンダに流入する新気量Mair cld を予測するための演算方法を図12に示すフローチャートに基づいて説明する。
Step900 …シリンダ流入ガス量Mcld を読み込む。
Step910 …シリンダ位置でのEGR率REGR cld を読み込む。
Step920 …以下の式よりシリンダ流入新気量Mair cld を算出する。
Mair cld =Mcld ×(1−REGR cld )
【0029】
また、上記の実施例では、VNT2を過給圧F/B制御する例を記載したが、過給圧以外にも、エアフロメータ9にて計測される吸入空気量、またはこの吸入空気量に相関するA/F、吸気O2 濃度、排気O2 濃度、EGR率、EGR量の何れか1つ、あるいはECU8の演算回路8aで予測されるシリンダ位置での吸気状態でも良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】制御系のブロック図である。
【図2】エンジンの空気系統を模式的に示した構成図である。
【図3】ECUの処理手順を示すフローチャートである。
【図4】シリンダ位置での予測排気O2 濃度を求めるための手順を示すフローチャートである。
【図5】シリンダ流入ガス量の計算手順を示すフローチャートである。
【図6】マニホルド流入新気量の計算手順を示すフローチャートである。
【図7】マニホルド流入EGRガス量の計算手順を示すフローチャートである。
【図8】シリンダ流入O2 量の計算手順を示すフローチャートである。
【図9】予測排気O2 濃度の計算手順を示すフローチャートである。
【図10】従来と本実施例とで加速時の制御方法を比較したタイムチャートである。
【図11】シリンダ位置での予測EGR率を求める手順を示すフローチャートである。
【図12】シリンダに流入する新気量を求める手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1  エンジン(内燃機関)
2  VNT(可変容量型の過給機)
5  吸気通路
6  EGR通路(EGR装置)
7  EGRバルブ(EGR装置)
8  ECU(制御装置)
8a 演算回路(吸気状態予測手段)
8b VNT制御回路(過給機制御手段)
8c EGR制御回路(EGR制御手段)
9  エアフロメータ(空気量計測手段)
11  吸気圧センサ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for an internal combustion engine that controls both a supercharging pressure and an EGR amount.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an engine having a variable-capacity supercharger (referred to as a VNT) that performs EGR for returning a part of exhaust gas to an intake system is known.
VNT changes the supercharging pressure in accordance with the vane opening (throttle amount). For example, the VNT changes the vane opening so that the actual supercharging pressure detected by the supercharging pressure sensor converges to the target supercharging pressure. One that performs feedback (F / B) control is known.
The EGR has an EGR valve that adjusts an opening ratio of the EGR passage. For example, the opening degree of the EGR valve is set to F / B so that an actual intake air amount measured by an air flow meter converges to a target intake air amount. What controls is known.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, during acceleration, there is a demand to improve the feeling of acceleration by accelerating the introduction of fresh air flowing into the cylinder. On the other hand, it is conceivable to increase the F / B gain of the VNT to speed up the response.
However, if the response of the VNT is increased during the F / B control of the EGR valve in order to obtain a feeling of acceleration, as shown in FIG. 10A, when the F / B gain of the VNT is small and the response is slow, or when the VNT is opened. As compared with the case where the control is performed (indicated by a thin solid line in the figure), the EGR amount increases with an increase in the exhaust pressure, so that the acceleration performance deteriorates and the amount of generated smoke increases. .
[0004]
This is because there is a distance between the position of the air flow meter and the cylinder position, and the effect of the increase or decrease of the EGR amount due to the exhaust pressure fluctuation is not instantaneously reflected in the detection result of the air flow meter. As a result, even if the response of the VNT is made faster, the smoke is increased because the EGR valve cannot quickly follow the rise in the exhaust pressure.
The present invention has been made on the basis of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine capable of improving acceleration performance and improving exhaust gas characteristics during acceleration.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
(Invention of claim 1)
The present invention provides a variable-capacity supercharger that varies a supercharging pressure according to a vane opening and an EGR device that varies an exhaust gas amount (EGR amount) recirculated to an intake system according to a valve opening. A control device for controlling a vane opening of a supercharger and a valve opening of an EGR device with respect to an internal combustion engine provided,
EGR control means for feedback-controlling the valve opening of the EGR device in accordance with the deviation between the intake state predicted at the cylinder position and the target value, the actual supercharging pressure (detected value of the intake pressure sensor) and the target supercharging A supercharger control means for feedback-controlling the vane opening of the supercharger in accordance with a deviation from the pressure or a deviation between a parameter correlated with the supercharging pressure and a target value thereof.
[0006]
According to the above configuration, when the response of the supercharger is made faster, the exhaust pressure rises sharply, the EGR amount increases, and the amount of fresh air flowing into the cylinder decreases. It is possible to predict the intake state (for example, fresh air amount) at the cylinder position before the result is reflected on the measurement result. Therefore, by performing feedback control of the valve opening of the EGR device in accordance with the deviation between the predicted intake state and the target value, the EGR valve can quickly follow a rapid change in exhaust pressure.
[0007]
(Invention of claim 2)
The control device for an internal combustion engine according to claim 1,
The parameter that correlates to the boost pressure, intake air amount measured by the air quantity measuring means, or A / F which correlates to the amount of intake air, the intake O 2 concentration, the exhaust O 2 concentration, EGR rate, EGR quantity Or the intake state at the cylinder position predicted by the intake state predicting means.
The feedback control of the supercharger is generally performed based on the supercharging pressure. However, the feedback control is not limited to the supercharging pressure, and the feedback control may be performed based on the above-described parameter correlated with the supercharging pressure. It should be noted that the A / F and the exhaust O 2 concentration can use the detection value of the O 2 sensor attached to the exhaust passage (may be calculated).
[0008]
(Invention of claim 3)
The control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2,
The intake state is characterized by a fresh air amount flowing into the cylinder, or one of A / F, intake O 2 concentration, exhaust O 2 concentration, EGR rate, and EGR amount correlated to the new air amount. [0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a configuration diagram schematically showing an air system of the internal combustion engine.
The internal combustion engine (referred to as engine 1) of the present embodiment includes a variable-capacity supercharger (referred to as VNT2) and an EGR device (described below).
As shown in FIG. 2, an injector 3 is attached to a cylinder head of the engine 1, and high-pressure fuel stored in a common rail (not shown) is injected from the injector 3 into the combustion chamber 1a.
[0010]
The VNT 2 includes an exhaust turbine 2A provided in an exhaust passage 4 of the engine 1 and a compressor 2B provided in an intake passage 5, and varies a supercharging pressure according to a vane opening (throttle amount).
The EGR device is a device for returning a part of the exhaust gas (EGR gas) from the exhaust passage 4 to the intake passage 5, and includes an EGR passage 6 that communicates the exhaust passage 4 with the intake passage 5. An EGR valve 7 that adjusts an opening ratio, and varies the amount of exhaust gas (EGR amount) that recirculates from the exhaust passage 4 to the intake passage 5 according to the degree of opening of the EGR valve 7.
[0011]
The EGR passage 6 is connected to the exhaust passage 4 upstream of the exhaust turbine 2A, and is connected to the intake passage 5 downstream of the compressor 2B.
The EGR valve 7 is, for example, a linear electromagnetic valve having a built-in solenoid, and adjusts the opening ratio of the EGR passage 6 by lifting according to a valve lift command value output from the ECU 8 (see FIG. 1). The EGR valve 7 is provided with a lift sensor for detecting a valve lift (EGR operation amount), converts the detected valve lift into an electric signal, and outputs the signal to the ECU 8 (see FIG. 1).
[0012]
In the intake passage 5, an air cleaner (not shown) for filtering intake air is provided at the most upstream portion, and an air flow meter 9 for measuring the amount of intake air is provided upstream of the compressor 2B. An intake throttle 10 is provided downstream of the compressor 2B. An intake pressure sensor 11 for detecting the intake pressure in the intake passage 5 and an intake air temperature for detecting the temperature of the intake air are provided downstream of the intake throttle 10. A sensor 12 is attached. In this embodiment, the upstream side of the intake throttle 10 in the intake passage 5 is called an intake pipe 5a, and the downstream side of the intake throttle 10 is called a manifold 5b.
An O 2 sensor 13 that detects exhaust O 2 concentration is attached to the exhaust passage 4 downstream of the exhaust turbine 2A.
[0013]
Each information detected by the air flow meter 9, the intake pressure sensor 11, intake air temperature sensor 12, and the O 2 sensor 13 is output to the respective ECU 8.
ECU8 is an electronic control unit constituted of a microcomputer mainly, as shown in FIG. 1, a computing circuit 8a (in the present embodiment the exhaust O 2 concentration) intake condition at cylinder position predicting calculates, VNT2 A VNT control circuit 8b for controlling the vane opening of the EGR device and an EGR control circuit 8c for controlling the valve opening of the EGR device (the opening of the EGR valve 7).
[0014]
Next, the control contents of this embodiment will be described.
FIG. 3 is a flowchart showing the processing procedure of the ECU 8.
First, the EGR valve 7 is controlled in Steps 100 to 400.
Step 100 ... predicted calculates the exhaust O 2 concentration in the cylinder position (will be described later calculation method).
Step200 ... read the target exhaust O 2 concentration. The target exhaust O 2 concentration is stored in advance in the map 8d (see Fig. 1) in accordance with the operating condition of the engine 1 (e.g., the rotation speed Ne injection amount Q).
[0015]
And exhaust O 2 concentration in the cylinder position calculated in Step300 ... Step100, calculated F / B amount (feedback amount) in accordance with a deviation between the target exhaust O 2 concentration read in Step 200.
Step 400... The F / B amount calculated in Step 300 is added to the base opening previously stored in the map to determine the valve opening. The base opening is determined in accordance with the operating conditions of the engine 1 (for example, the rotation speed Ne and the injection amount Q).
[0016]
Here, the processing content of Step 100 will be described in detail.
FIG. 4 is a subroutine showing the processing procedure of Step 100.
Step 110: Calculate the amount of gas Mcld flowing into the cylinder.
Step 120: Calculate the fresh air amount MDth flowing into the manifold 5b.
Step 130: Calculate the EGR gas amount MEGR flowing into the manifold 5b.
STEP140 ... O 2 amount O 2 in the gas flowing into the cylinder   Calculate cld.
Step150 ... predicted exhaust O 2 concentration Cex at cylinder position   Calculate mdl.
[0017]
Next, the processing contents of Steps 110 to 150 will be described in detail.
FIG. 5 is a subroutine showing the processing procedure of Step 110.
Step 111: The intake pressure Pm is read.
Step 112: Read the intake air temperature Tm.
Step 113: The number of rotations Ne is read.
Step 114: The volume efficiency η is calculated as a function of Ne and Pm.
Step 115: The amount of gas Mcld flowing into the cylinder is calculated from the gas state equation and η.
Note that R used in the gas state equation is a gas constant and may be a constant value.
[0018]
FIG. 6 is a subroutine showing the processing procedure of Step 120.
Step 121: Read the intake air amount MAFM (measured value of the air flow meter 9).
Step 122: The intake pressure Pm is read.
Step 123: Read the intake air temperature Tm.
Step 124: A change ΔP in the intake pressure is calculated.
Step 125: The mass increase in the intake pipe 5a is calculated from the gas state equation, and the fresh air amount MDth flowing into the manifold 5b is calculated from the law of conservation of mass in the intake pipe 5a expressed by the following equation (1).
MAFM × (2 / number of cylinders) −MDth = ΔP · VIN / (Tm · R) (1)
[0019]
FIG. 7 is a subroutine showing the processing procedure of Step 130.
Step 131: The intake pressure Pm is read.
Step 132: Read the intake air temperature Tm.
Step 133: The change ΔP of the intake pressure calculated in Step 124 is read.
Step 134 Reads the fresh air amount MDth calculated in Step 125.
Step 135: The cylinder inflow gas amount Mcld calculated in Step 115 is read.
Step 136: The mass increase in the manifold 5b is calculated from the gas state equation, and the EGR gas amount MEGR flowing into the manifold 5b is calculated from the law of conservation of mass in the manifold 5b expressed by the following equation (2).
MDth + MEGR-Mcld = .DELTA.P.Vm / (Tm.R)......
[0020]
FIG. 8 is a subroutine showing the processing procedure of Step 140.
Step 141: Read in the fresh air amount MDth flowing into the manifold 5b.
Step 142 The EGR gas amount MEGR calculated in Step 136 is read.
Step 143: Corrected exhaust O 2 concentration Cex calculated in the past cycle   Read c (in- 1 ).
Step144… Cex   c a (i-n 1) is stored in the memory as the O 2 concentration CEGR in EGR gas. Incidentally, n 1 is obtained by considering the inflow delay of gas, constant or function of Ne,, a function of the vane opening of VNT2, or the like may be a function of the intake pressure.
[0021]
Step145 ... O 2 concentration Cm in the fresh air gas and where the EGR gas are mixed   Calculate IN.
Step146 ... O 2 concentration Cm in the gas flowing into the cylinder   Calculate cld. Note that n 2 takes into account the delay of gas inflow and may be a constant or a function of Ne.
Step 147: The cylinder inflow gas amount Mcld is read.
Step148 ... Mcld and Cm   cld and the cylinder inflow O 2 amount O 2   Find cld.
[0022]
FIG. 9 is a subroutine showing the processing procedure of Step 150.
Step 151: The cylinder inflow gas amount Mcld is read.
Step 152... C2 inflow O 2 amount O 2 calculated in Step 148   Read cld.
Step 153: Read the command injection amount Qr.
Step154 ... O 2 amount O 2 consumed by the command injection amount Qr   Calculate qr. Incidentally, K1 (a constant) is consumed O 2 mass per unit amount of fuel. However, when the rate of incomplete combustion is large (1% or more) depending on the combustion mode, it is preferable to correct it.
[0023]
Step 155: Predicted exhaust O 2 concentration Cex   Calculate mdl.
Specifically, the O 2 amount O 2 flowing into the cylinder   consumption from cld O 2 amount of O 2   The remaining oxygen amount is calculated by subtracting qr, and is divided by the sum of the gas amount Mcld flowing into the cylinder and the fuel amount K2 × Qr to obtain Cex.   mdl can be calculated. K2 is a fuel density and is a constant.
[0024]
Next, VNT2 is controlled in Steps 500 to 700.
Step 500: Calculate the target supercharging pressure. The target supercharging pressure is stored in the map 8e (see FIG. 1) in advance according to the operating conditions of the engine 1 (for example, the rotation speed Ne and the injection amount Q).
Step 600: The F / B amount (feedback amount) is calculated from the deviation between the intake pressure read from the intake pressure sensor 11 and the target supercharging pressure calculated in Step 500.
Step 700... The F / B amount calculated in Step 600 is added to the base opening previously stored in the map to determine the vane opening. The base opening is determined in accordance with the operating conditions of the engine 1 (for example, the rotation speed Ne and the injection amount Q).
[0025]
(Effects of the present embodiment)
In the present embodiment, the intake state at the cylinder position (the exhaust O 2 concentration in the embodiment) is predicted, and the EGR valve 7 is operated by the F / B in accordance with the deviation between the predicted value and the target value (the target exhaust O 2 concentration). Since the control is performed, the response of the EGR valve 7 can quickly follow the sudden change in the exhaust pressure without delay.
As a result, as compared with the conventional EGR control (for example, a method of performing F / B control of the valve opening in accordance with the deviation between the detection value of the air flow meter 9 and the target value), as shown in FIG. Even when the F / B gain of the VNT 2 is sometimes increased to make the response faster, the response of the EGR valve 7 is fast, so that an increase in the EGR amount due to an increase in the exhaust pressure can be suppressed. As a result, acceleration characteristics are improved, smoke is reduced, and exhaust gas characteristics are improved.
[0026]
(Modification)
In the above embodiment, the exhaust O 2 concentration is described as the intake state at the cylinder position. However, in addition to the exhaust O 2 concentration, for example, a fresh air amount flowing into the cylinder, or an A / F correlated to this new air amount , the intake O 2 concentration, the exhaust O 2 concentration, EGR ratio, even one of the EGR amount better.
Here, the EGR rate REGR at the cylinder position   An operation method for estimating cld will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
[0027]
Step 800: The fresh air amount MDth flowing into the manifold 5b is read.
Step 810: The amount of EGR gas MEGR flowing into the manifold 5b is read.
Step 820: The EGR rate REGR at the place where the fresh air gas and the EGR gas are mixed is calculated by the following equation.
REGR = MEGR / (MDth + MEGR)
Step 830: EGR rate REGR at cylinder position from REGR   Predict cld.
Note that n2 is a constant or a function of Ne.
[0028]
Subsequently, the fresh air amount Air flowing into the cylinder   An operation method for estimating cld will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
Step 900: The cylinder inflow gas amount Mcld is read.
Step910: EGR rate REGR at cylinder position   Read cld.
Step 920: Cylinder inflow fresh air amount Air from the following equation   Calculate cld.
Mair   cld = Mcld × (1-REGR   cld)
[0029]
Further, in the above-described embodiment, the example in which the supercharging pressure F / B control is performed on the VNT 2 is described. However, in addition to the supercharging pressure, the intake air amount measured by the air flow meter 9 or a correlation with the intake air amount. to a / F, the intake O 2 concentration, the exhaust O 2 concentration, EGR rate, one of the EGR amount, or may be in the intake state at cylinder position predicted by calculation circuit 8a of the ECU 8.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a control system.
FIG. 2 is a configuration diagram schematically showing an air system of an engine.
FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of an ECU.
4 is a flowchart showing the procedure for obtaining the predicted exhaust O 2 concentration in the cylinder position.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a calculation procedure of a cylinder inflow gas amount.
FIG. 6 is a flowchart showing a procedure for calculating a manifold inflow fresh air amount.
FIG. 7 is a flowchart showing a calculation procedure of a manifold inflow EGR gas amount.
FIG. 8 is a flowchart showing a calculation procedure of a cylinder inflow O 2 amount.
FIG. 9 is a flowchart showing a procedure for calculating a predicted exhaust O 2 concentration.
FIG. 10 is a time chart comparing the control method at the time of acceleration between the conventional example and the present embodiment.
FIG. 11 is a flowchart showing a procedure for obtaining a predicted EGR rate at a cylinder position.
FIG. 12 is a flowchart showing a procedure for obtaining a fresh air amount flowing into a cylinder.
[Explanation of symbols]
1 engine (internal combustion engine)
2 VNT (variable capacity type turbocharger)
5 intake passage 6 EGR passage (EGR device)
7 EGR valve (EGR device)
8 ECU (control device)
8a arithmetic circuit (intake state prediction means)
8b VNT control circuit (supercharger control means)
8c EGR control circuit (EGR control means)
9 air flow meter (air volume measuring means)
11 Intake pressure sensor

Claims (3)

ベーン開度に応じて過給圧を可変する可変容量型の過給機と、
バルブ開度に応じて吸気系に還流する排気ガス量(EGR量)を可変するEGR装置とを備える内燃機関に対し、前記過給機のベーン開度及び前記EGR装置のバルブ開度を制御する制御装置であって、
吸気通路内に吸入される吸入空気量を計測する空気量計測手段と、
前記吸気通路内の吸気圧を検出する吸気圧センサと、
少なくとも前記吸入空気量と前記吸気圧とを用いてシリンダ位置での吸気状態を予測する吸気状態予測手段と、
この吸気状態予測手段で予測される吸気状態とその目標値との偏差に応じて前記EGR装置のバルブ開度をフィードバック制御するEGR制御手段と、
実際の過給圧(前記吸気圧センサの検出値)と目標過給圧との偏差、または前記過給圧に相関するパラメータとその目標値との偏差に応じて前記過給機のベーン開度をフィードバック制御する過給機制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
A variable-capacity supercharger that varies the supercharging pressure according to the vane opening;
Controlling the vane opening of the supercharger and the valve opening of the EGR device for an internal combustion engine including an EGR device that varies the amount of exhaust gas (EGR amount) recirculated to the intake system according to the valve opening. A control device,
Air amount measuring means for measuring an amount of intake air taken into the intake passage;
An intake pressure sensor that detects intake pressure in the intake passage;
Intake state prediction means for predicting an intake state at a cylinder position using at least the intake air amount and the intake pressure;
EGR control means for feedback-controlling the valve opening of the EGR device according to a deviation between the intake state predicted by the intake state prediction means and a target value thereof;
Vane opening of the supercharger according to a deviation between an actual supercharging pressure (detected value of the intake pressure sensor) and a target supercharging pressure, or a deviation between a parameter correlated with the supercharging pressure and a target value thereof. And a supercharger control means for performing feedback control of the engine.
請求項1に記載した内燃機関の制御装置において、
前記過給圧に相関するパラメータとは、前記空気量計測手段にて計測される吸入空気量、またはこの吸入空気量に相関するA/F、吸気O2 濃度、排気O2 濃度、EGR率、EGR量の何れか1つ、あるいは前記吸気状態予測手段にて予測される前記シリンダ位置での吸気状態であることを特徴とする内燃機関の制御装置。
The control device for an internal combustion engine according to claim 1,
Wherein a parameter that correlates to the boost pressure, intake air amount measured by the air quantity measuring means, or A / F which correlates to the amount of intake air, the intake O 2 concentration, the exhaust O 2 concentration, EGR rate, A control device for an internal combustion engine, which is an intake state at one of EGR amounts or the cylinder position predicted by the intake state prediction means.
請求項1または2に記載した内燃機関の制御装置において、
前記吸気状態とは、前記シリンダに流入する新気量、またはこの新気量に相関するA/F、吸気O2 濃度、排気O2 濃度、EGR率、EGR量の何れか1つであることを特徴とする内燃機関の制御装置。
The control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2,
The intake state is a fresh air amount flowing into the cylinder, or one of A / F, intake O 2 concentration, exhaust O 2 concentration, EGR rate, and EGR amount correlated to the new air amount. A control device for an internal combustion engine, comprising:
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