JP2006022706A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関の制御装置、特に、アイドリング時に機関回転数を目標回転数に制御する制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine, and more particularly to a control device that controls an engine speed to a target speed during idling.
特許文献1に、内燃機関のアイドリング時に、機関回転数を目標回転数に制御するための制御装置が開示されている。同文献には、アイドリング時の機関回転数を吸気量を制御することによって目標回転数に制御しようとするモデルを用いた適応制御(以下「吸気量適応制御」という)と、アイドリング時の機関回転数を点火時期を制御することによって目標回転数に制御しようとするモデルを用いた適応制御(以下「点火時期適応制御」という)と、を実行可能な制御装置が開示されている(段落0035〜0039参照)。そして、同文献に記載の制御装置では、図14に示されているマップ(関係)を利用して、点火時期がトルク変化の小さい領域(図14の領域A)にあるときには、吸気量適応制御を行い、一方、点火時期がトルク変化の大きい領域(図14の領域B)にあるときには、点火時期適応制御を行うようにしている。
ところで、内燃機関において、吸気量が変化すれば、点火時期とトルクとの関係にも変化が生じる。すなわち、吸気量もトルクに影響するパラメータの1つなのである。ところが、特許文献1の図14のマップは、この吸気量を考慮せずに、点火時期のみを考慮したものである。すなわち、同文献では、トルクに影響するパラメータの1つである吸気量を無視し、点火時期に関係するマップに基づいて、トルクの変動が大きいか小さいかによって吸気量適応制御を行うか点火時期適応制御を行うかを決定しているのである。これでは、アイドリング時における機関回転数が目標回転数に精度よく制御されない可能性が高いことになる。そして、このことは、アイドリング時における機関回転数に限らず、一般的に、内燃機関の特定の出力を目標値に制御する場合において、特許文献1に記載の技術思想を適用した場合にも当てはまる。
By the way, in the internal combustion engine, if the intake air amount changes, the relationship between the ignition timing and the torque also changes. That is, the intake air amount is one of the parameters affecting the torque. However, the map in FIG. 14 of
そこで、本発明の目的は、アイドリング時における機関回転数を目標回転数に精度よく制御できる制御装置、より一般的には、内燃機関の特定の出力を目標値に精度よく制御できる制御装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a control device that can accurately control the engine speed during idling to the target speed, and more generally, a control device that can accurately control a specific output of the internal combustion engine to the target value. There is to do.
上記課題を解決するために、1番目の発明では、吸気量または点火時期を制御することによってアイドリング時における機関回転数を目標回転数に制御する内燃機関の制御装置において、アイドリング時において機関回転数を目標回転数とする吸気量を目標吸気量として算出する手段と、アイドリング時において機関回転数を目標回転数とする点火時期を目標点火時期として算出する手段と、現在の吸気量を検出する手段と、現在の点火時期を検出する手段と、上記算出された目標吸気量および目標点火時期と上記検出された現在の吸気量および点火時期とに基づいて機関回転数を目標回転数にするための制御パラメータとして上記算出された目標吸気量と目標点火時期とのいずれを採用すべきかを決定する制御パラメータ決定手段と、該決定された制御パラメータを用いて機関回転数を目標回転数に制御すると共に該制御パラメータの補正量を算出する手段と、を具備し、上記制御パラメータ決定手段が、目標吸気量を採用した場合のトルク変動と、目標点火時期を採用した場合のトルク変動と、を比較し、トルク変動の少ないほうの制御パラメータを、機関回転数を目標回転数にするための制御パラメータとして採用すると決定する。 In order to solve the above problems, in a first aspect of the invention, in an internal combustion engine controller that controls the engine speed at idling to a target speed by controlling the intake air amount or ignition timing, the engine speed at idling is controlled. Means for calculating the intake air amount with the target engine speed as the target air intake quantity, means for calculating the ignition timing with the engine speed as the target engine speed during idling, and means for detecting the current intake air amount And means for detecting the current ignition timing, and the target engine speed based on the calculated target intake air amount and target ignition timing and the detected current intake air amount and ignition timing. Control parameter determining means for determining which of the calculated target intake air amount and the target ignition timing should be adopted as the control parameter; And a means for controlling the engine speed to the target speed using the control parameter thus calculated and calculating a correction amount of the control parameter, and the torque when the control parameter determination means adopts the target intake air amount. The fluctuation is compared with the torque fluctuation when the target ignition timing is adopted, and it is determined that the control parameter with the smaller torque fluctuation is adopted as the control parameter for setting the engine speed to the target speed.
上記課題を解決するために、2番目の発明では、内燃機関に関する互いに異なる第1の制御パラメータと第2の制御パラメータとのうちいずれか一方を制御することによって内燃機関の特定の出力を目標値に制御する内燃機関の制御装置において、特定の出力を目標値とする第1の制御パラメータを第1の制御パラメータの目標値として算出する手段と、特定の出力を目標値とする第2の制御パラメータを第2の制御パラメータの目標値として算出する手段と、現在の第1の制御パラメータの値を検出する手段と、現在の第2の制御パラメータの値を検出する手段と、上記算出された第1の制御パラメータおよび第2の制御パラメータと上記検出された現在の第1の制御パラメータの値および現在の第2の制御パラメータの値とに基づいて特定の出力を目標値とするための制御パラメータとして上記算出された第1の制御パラメータの目標値と第2の制御パラメータの目標値とのいずれを採用すべきかを決定する制御パラメータ決定手段と、該決定された制御パラメータの目標値を用いて特定の出力を目標値に制御すると共に該決定された制御パラメータの補正量を算出する手段と、を具備し、上記制御パラメータ決定手段が、第1の制御パラメータを採用した場合と第2の制御パラメータを採用した場合との上記特定の出力とは異なる内燃機関の出力の変動を比較し、該出力の変動が少ないほうの制御パラメータを、上記特定の出力を目標値にするための制御パラメータとして採用すると決定する。 In order to solve the above-mentioned problem, in the second invention, a specific output of the internal combustion engine is set to a target value by controlling any one of the first control parameter and the second control parameter which are different from each other. In the control device for an internal combustion engine that performs control, the first control parameter having the specific output as the target value is calculated as the target value of the first control parameter, and the second control using the specific output as the target value Means for calculating the parameter as a target value of the second control parameter; means for detecting the current value of the first control parameter; means for detecting the current value of the second control parameter; Based on the first control parameter and the second control parameter, and the detected value of the current first control parameter and the value of the current second control parameter. Control parameter determining means for determining which of the calculated target value of the first control parameter and the target value of the second control parameter should be adopted as a control parameter for setting the output of Means for controlling a specific output to a target value using the determined target value of the control parameter and calculating a correction amount of the determined control parameter, wherein the control parameter determining means includes a first output The variation of the output of the internal combustion engine that is different from the specific output in the case where the control parameter is employed and the case where the second control parameter is employed is compared, and the control parameter having the smaller variation in the output is compared with the specific parameter. It is decided to adopt it as a control parameter for setting the output to the target value.
1番目の発明によれば、アイドリング時における機関回転数が精度よく目標回転数に制御される。
2番目の発明によれば、内燃機関の特定の出力が精度よく目標値に制御される。
According to the first invention, the engine speed during idling is accurately controlled to the target speed.
According to the second aspect of the invention, the specific output of the internal combustion engine is accurately controlled to the target value.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。一般的に、或るシステムをモデルを用いて制御するための構成(以下「システム制御構成」という)としては、図1に示したようなものが知られている。図1において、1は制御されるべきシステムであり、2はコントローラであり、3は制御されるべきシステムをモデル化したもの(以下「システムモデル」という)であり、4システムモデル3の逆モデル(以下「システム逆モデル」という)である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In general, a configuration shown in FIG. 1 is known as a configuration for controlling a certain system using a model (hereinafter referred to as “system control configuration”). In FIG. 1, 1 is a system to be controlled, 2 is a controller, 3 is a model of the system to be controlled (hereinafter referred to as “system model”), and is an inverse model of 4 system model 3 (Hereinafter referred to as “system inverse model”).
図1に示したシステム制御構成によれば、まず、システム1から出力させるべき出力値(以下「目標出力」という)Ytがシステム逆モデル4に入力され、このシステム逆モデル4から、システム1から目標出力を出力させるためにシステム1に入力すべき入力値(以下「目標入力」という)Utが出力される。
According to the system control configuration shown in FIG. 1, first, an output value (hereinafter referred to as “target output”) Yt to be output from the
そして、目標入力Utは、コントローラ2から出力される補正値ΔUによって補正された後にシステム1に入力されると共に、システムモデル3にも入力される。そして、システム1から実際に出力される出力値(これは、制御されるべきシステム1からの実際の出力を検出した値である)とシステムモデル3から出力される出力値(これは、システムモデル3により算出される値である)との間の差(誤差)がコントローラ2に入力され、この差(誤差)に基づいて、コントローラ2は、上述した目標入力Utを補正するための補正値ΔUを出力する。
The target input Ut is corrected by the correction value ΔU output from the
このシステム制御構成によれば、システム逆モデル4が正確なものであれば、システム1からの出力は目標出力に正確に制御される。したがって、このシステム制御構成を内燃機関の制御(例えば、アイドリング時における機関回転数を目標回転数に制御する制御)に適用しようとした場合、内燃機関のシステム逆モデルを正確に得る必要がある。ところが、内燃機関のシステムモデルは複雑であることから、内燃機関のシステム逆モデルを正確に得ることは困難であるし、たとえ、内燃機関のシステム逆モデルを得たとしても、それは正確なものではない可能性もある。このため、上述したシステム制御構成を内燃機関の制御に適用しようとしても、内燃機関の出力が正確に目標値に制御されることは期待できないと言える。
According to this system control configuration, if the system
そこで、本実施形態では、図2に示したような構成をシステム逆モデルとして採用する。すなわち、図2においても、図1と同様に、1は制御されるべきシステムであり、2はコントローラであり、3はシステムモデルであり、4はシステム逆モデルであり、これらシステム1と、コントローラ2と、システムモデル3と、システム逆モデル4と、の間の関係は、図1に示したシステム制御構成のものと同じである。
Therefore, in the present embodiment, the configuration shown in FIG. 2 is adopted as the system inverse model. That is, in FIG. 2, as in FIG. 1, 1 is a system to be controlled, 2 is a controller, 3 is a system model, and 4 is a system inverse model. 2, the
ところが、本実施形態では、システム逆モデル4は、システム逆モデル用コントローラ5と、システムモデル6(これは、システムモデル3と同じものである)と、から構成されている。詳細には、本実施形態によれば、システム逆モデル4に入力された目標出力Ytは、まず、システムモデル6からの出力値分だけ減算された後に、システム逆モデル用コントローラ5に入力される。そして、コントローラ5から出力される目標入力Utは、図1に示したシステム制御構成と同様に、システム1とシステムモデル3に入力される。後の処理は、図1に示したシステム制御構成のものと同じである。
However, in the present embodiment, the system
さらに、システム逆モデル用コントローラ5から出力される目標入力Utは、システムモデル6にも入力され、このシステムモデル6からの出力が、システム逆モデルに入力される目標出力Ytから減算せしめられるべき値として用いられるのである。
Further, the target input Ut output from the system
本実施形態のシステム制御構成では、従来のようにシステムモデルを変形してシステム逆モデルを求めるのではなく、システムモデル自体を利用してシステム逆モデルを構築しているので、システム逆モデルの構築が非常に簡便であるという利点がある。 In the system control configuration of the present embodiment, the system inverse model is constructed using the system model itself, instead of deforming the system model to obtain the system inverse model as in the prior art. Has the advantage that it is very simple.
また、図2に示したシステム制御構成の説明の最後として、このシステム制御構成のシステム逆モデルが、いわゆる従来の意味でのシステム逆モデルになっていることを説明する。 Further, as the last of the description of the system control configuration shown in FIG. 2, it will be described that the system inverse model of the system control configuration is a so-called conventional system inverse model.
システムモデル6の伝達関数をP(s)とし、システム逆モデル用コントローラ5の伝達関数をC(s)とすると、図2に示したシステム逆モデル4は、図3の式(1)で表すことができる。ここで、分母と分子をCで割ると、図3の式(1)は、図3の式(2)になる。さらに、Cを限りなく大きくすると、1/Cの項は略零となるので、図3の式(2)は、図3の式(3)になる。この図3の式(3)によれば、図2に示したシステム制御構成のシステム逆モデル4が、まさに、システムモデル3の伝達関数の逆関数(すなわち、1/P)を示していることが判る。(こうした考え方については特願2003−191439の図25に関する説明も参照されたい。)
Assuming that the transfer function of the
次に、図2に示したシステム制御構成を利用した制御装置の例として、アイドリング時における機関回転数を目標回転数に制御する制御装置について説明する。本実施形態の制御装置の構成は、図4〜図6に示されている。 Next, as an example of a control device using the system control configuration shown in FIG. 2, a control device that controls the engine speed at idling to a target speed will be described. The configuration of the control device of this embodiment is shown in FIGS.
まず、図4において、41は、アイドリング時において、目標回転数NEtに基づいて、機関回転数をこの目標回転数NEtとする吸気量(すなわち、目標吸気量)GAtを算出(出力)するための内燃機関のシステム逆モデル(このモデルが目標吸気量を出力するための内燃機関のシステム逆モデルであるという意味で、以下これを「吸気量エンジン逆モデル」という)である。一方、42は、アイドリング時において、目標回転数NEtに基づいて、機関回転数をこの目標回転数NEtとする点火時期(すなわち、目標点火時期)STtを算出(出力)するための内燃機関のシステム逆モデル(このモデルが目標点火時期を出力するための内燃機関のシステム逆モデルであるという意味で、以下これを「点火時期エンジン逆モデル」という)である。
First, in FIG. 4,
吸気量エンジン逆モデル41において、符号61を付された内燃機関のシステムモデル(これは、吸気量と機関回転数との関係をモデル化したものであり、以下これを「吸気量エンジンモデル」という)が、図2のシステムモデル6に相当する。また、吸気量エンジン逆モデル41のコントローラ51が、図2のシステム逆モデル4のコントローラ5に相当する。一方、点火時期エンジン逆モデル42において、符号62を付された内燃機関のシステムモデル(これは、点火時期と機関回転数との関係をモデル化したものであり、以下これを「点火時期エンジンモデル」という)が、図2のシステムモデル6に相当する。また、点火時期エンジン逆モデル41のコントローラ52が、図2のシステム逆モデル4のコントローラ5に相当する。
In the intake air engine
図4に示したシステム制御構成では、目標回転数NEtが、各エンジン逆モデル41,42に入力される。吸気量エンジン逆モデル41では、図2のシステム逆モデル4と同じ原理で、アイドリング時において機関回転数を目標回転数とする吸気量(目標吸気量)GAtが出力される。一方、点火時期エンジン逆モデル42でも、図2のシステム逆モデル4と同じ原理で、アイドリング時において機関回転数を目標回転数とする点火時期(目標点火時期)STtが出力される。
In the system control configuration shown in FIG. 4, the target rotational speed NEt is input to each
斯くして出力された目標吸気量GAtおよび目標点火時期STtは、図5に示したシステム制御構成に入力される。すなわち、図5において、33a〜33cは、内燃機関のシステムモデル(これは、点火時期および吸気量とトルクとの関係をモデル化したものであり、以下これを「吸気量・点火時期エンジンモデル」ともいう)である。 The target intake air amount GAt and the target ignition timing STt thus output are input to the system control configuration shown in FIG. That is, in FIG. 5, 33a to 33c are system models of the internal combustion engine (this is a model of the relationship between the ignition timing and the intake air amount and the torque, which is hereinafter referred to as "intake air amount / ignition timing engine model". It is also called).
目標点火時期STtは、吸気量・点火時期エンジンモデル33aに入力される。また、このエンジンモデル33aには、現在の実際の吸気量GAも入力される。これにより、このエンジンモデル33aからは、現在の吸気量を維持したままで、現在の点火時期を目標点火時期STtに変えたときに内燃機関から出力されるトルクTe1が出力される。
The target ignition timing STt is input to the intake air amount / ignition
また、目標吸気量GAtは、吸気量・点火時期エンジンモデル33cに入力される。また、このエンジンモデル33cには、現在の実際の点火時期STも入力される。これにより、このエンジンモデル33cからは、現在の点火時期を維持したままで、現在の吸気量を目標吸気量GAtに変えたときに内燃機関から出力されるトルクTe2が出力される。
The target intake air amount GAt is input to the intake air amount / ignition
さらに、吸気量・点火時期エンジンモデル33bには、現在の実際の吸気量GAと現在の実際の点火時期STtとが入力される。これにより、このエンジンモデル33bからは、現在の吸気量および点火時期を維持したままで、内燃機関から出力されるトルクTeが出力される。 Further, the current actual intake air amount GA and the current actual ignition timing STt are input to the intake air amount / ignition timing engine model 33b. As a result, torque Te output from the internal combustion engine is output from the engine model 33b while maintaining the current intake air amount and ignition timing.
次いで、吸気量・点火時期エンジンモデル33aからの出力Te1は、符号71に示されているように、吸気量・点火時期エンジンモデル33bからの出力Teだけ減算される。そして、この減算されて得られた値(これは、現在の点火時期を目標点火時期に変えたときのトルク変動量に相当する)ΔTe1の絶対値|u|が、符号81で示されているように算出され、この絶対値|u|が比較器90に入力される。
Next, the output Te1 from the intake air amount / ignition
一方、吸気量・点火時期エンジンモデル33cからの出力Te2は、符号71で示されているように、吸気量・点火時期エンジンモデル33bからの出力Teだけ減算される。そして、この減算されて得られた値(これは、現在の吸気量を目標吸気量に変えたときのトルク変動量に相当する)ΔTe2の絶対値|u|が、符号82で示されているように算出され、この絶対値|u|が比較器90に入力される。
On the other hand, the output Te2 from the intake air amount / ignition
そして、最後に、比較器90において、トルク変動量ΔTe1の絶対値とトルク変動量ΔTe2の絶対値とのどちらが小さいかを判定し、トルク変動量ΔTe1の絶対値ほうが小さい場合には、機関回転数を目標回転数に制御するために変更すべき制御パラメータを点火時期とする。すなわち、この場合には、吸気量を現在の吸気量に維持したままで、点火時期を目標点火時期とすることによって、機関回転数が目標回転数に制御される。具体的には、図6(A)に示したシステム制御構成によって、機関回転数が目標回転数に制御されることになる。
Finally, the
図6(A)において、コントローラ21が図2のコントローラ2に相当し、内燃機関11が図2のシステム1に相当し、エンジンモデル31が、図2のシステムモデル3に相当する。なお、内燃機関11の機関回転数NEが目標回転数に制御される原理は、図2に示したシステム制御構成と同じである。また、エンジンモデル31は、吸気量エンジンモデル61と同じものである。
6A, the
一方、トルク変動量ΔTe2の絶対値のほうが小さい場合には、機関回転数を目標回転数に制御するために変更すべき制御パラメータを吸気量とする。すなわち、この場合には、点火時期を現在の点火時期に維持したままで、吸気量を目標吸気量とすることによって、機関回転数が目標回転数に制御される。具体的には、図6(B)に示したシステム制御構成によって、機関回転数が目標機関回転数に制御されることになる。 On the other hand, when the absolute value of the torque fluctuation amount ΔTe2 is smaller, the control parameter that should be changed to control the engine speed to the target speed is the intake air amount. That is, in this case, the engine speed is controlled to the target speed by setting the intake air amount as the target intake air amount while maintaining the ignition timing at the current ignition timing. Specifically, the engine speed is controlled to the target engine speed by the system control configuration shown in FIG.
図6(B)において、コントローラ22が図2のコントローラ2に相当し、内燃機関11が、図2のシステム1に相当し、エンジンモデル32が、図2のシステムモデル3に相当する。なお、内燃機関11の機関回転数NEが目標回転数に制御される原理は、図2に示したシステム制御構成と同じである。また、エンジンモデル32は、点火時期エンジンモデル62と同じものである。
6B, the
このようにして、本実施形態によれば、アイドリング時において、できるだけトルク変動を小さく抑えつつ機関回転数を目標回転数に制御することができる。 Thus, according to the present embodiment, at the time of idling, the engine speed can be controlled to the target speed while suppressing torque fluctuation as small as possible.
また、本実施形態のシステム制御構成の考え方は、一般的に、内燃機関の或る特定の出力を目標値とするために或る特定の複数の制御パラメータのいずれか1つを制御する場合にも適用可能である。この場合、上記特定の出力とは異なる内燃機関の出力の変動が小さくなるように上記或る特定の複数の制御パラメータのいずれを制御するかを決定することになる。 The concept of the system control configuration of the present embodiment is generally the case where any one of a plurality of specific control parameters is controlled in order to set a specific output of the internal combustion engine as a target value. Is also applicable. In this case, it is determined which one of the certain specific control parameters is controlled so that the fluctuation of the output of the internal combustion engine different from the specific output is reduced.
1 システム
2,5,21,22,51,52 コントローラ
3,6 システムモデル
4 システム逆モデル
11 内燃機関
31,61 吸気量エンジンモデル
32,61 点火時期エンジンモデル
33a〜33c 吸気量・点火時期エンジンモデル
41 吸気量エンジン逆モデル
42 点火時期エンジン逆モデル
90 比較器
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