JP2006249962A - 内燃機関のegr制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 EGR操作量とEGR率との基準となる関係を設定し、この基準となる関係に従うようにEGR操作量を制御ゲインによって変化させることにより、良好な制御性を得ることが可能なEGR制御装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関の排気ガスの一部を吸気系に還流させる内燃機関のEGR制御装置は、EGR率を変化させるために操作されるEGR操作量と、前記EGR操作量を操作したときのEGR率との基準となる関係を取得する取得手段と、前記基準となる関係から現在のEGR率に対応する基準EGR操作量を算出し、前記基準EGR操作量と前記現在のEGR操作量との偏差に基づいて、前記EGR操作量を増加又は減少させる制御ゲインを算出するゲイン算出手段と、算出された前記制御ゲインに基づいて、前記現在のEGR率が目標EGR率となるように前記EGR操作量をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、を備える。EGR制御装置は、EGR操作量とEGR率との基準となる関係に基づいてEGR操作量の制御ゲインを調整するため、EGR弁の前後で背圧変化が生じても、これに対して即座に対応することができる。これにより、EGR制御装置は、車両内の状態変化の影響を受けることなく、フィードバック制御における目標EGR率への収束性を向上させることができる。
【選択図】 図3
Description
本発明は、内燃機関のEGR制御装置に関する。
従来から、NOx(窒素酸化物)の排出量を低減するために、内燃機関から排出された排気ガスを還流させて内燃機関に供給する排気ガス再循環(EGR;Exhaust Gas Recirculation)制御装置が広く用いられている。詳しくは、EGR制御装置は、内燃機関の運転状態や排気ガスの状態などに応じて目標EGR率(EGRガス量/吸入空気量)を決定し、実際のEGR率が目標EGR率となるようにフィードバック制御(F/B制御)している。具体的には、EGR弁の開度や吸気絞り弁の開度(本明細書では、EGR率又はEGRガス量を変化させるために操作される量(パラメータ)を「EGR操作量」と呼ぶ)などを制御することによって、EGR率又はEGRガス量を変化させている。
例えば、特許文献1及び特許文献2には、排気ガス中のNOx量が目標NOx量となるように、EGR弁の開度をフィードバック制御するEGR制御装置が記載されている。更に、特許文献3には、吸気絞り弁の開度変化に影響を受けずに、実際のEGRガス量が目標EGRガス量となるようにEGR弁の開度を制御するEGR制御装置が記載されている。
ところで、排気系の圧損増加などが原因で、EGR弁の前後において圧力変化(背圧変化)が生じることが知られている。このような背圧変化が生じると、例えば、EGR弁の開度を小さく変化させただけでEGR率が大きく変化したり、EGR弁の開度を大きく変化させてもEGR率がほとんど変化しなかったりする場合があり、EGR弁の制御性が悪化してしまう。上記の特許文献1乃至3に記載された技術においては、このような背圧変化を考慮に入れてEGR弁の開度を制御していなかった。そのため、EGR弁の前後で背圧変化が発生した場合には、フィードバック制御を実行しても、実際のEGR率が目標EGR率に収束しづらい場合があった。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、EGR操作量とEGR率との基準となる関係を設定し、この基準となる関係に従うようにEGR操作量を制御ゲインによって変化させることにより、良好な制御性を得ることが可能な内燃機関のEGR制御装置を提供することにある。
本発明の1つの観点では、内燃機関の排気ガスの一部を吸気系に還流させる内燃機関のEGR制御装置は、EGR率を変化させるために操作されるEGR操作量と、前記EGR操作量を操作したときのEGR率との基準となる関係を取得する取得手段と、前記基準となる関係から現在のEGR率に対応する基準EGR操作量を算出し、前記基準EGR操作量と前記現在のEGR操作量との偏差に基づいて、前記EGR操作量を増加又は減少させる制御ゲインを算出するゲイン算出手段と、算出された前記制御ゲインに基づいて、前記現在のEGR率が目標EGR率となるように前記EGR操作量をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、を備える。
上記の内燃機関のEGR制御装置は、内燃機関から排出された排気ガスの一部を還流させて内燃機関の吸気系に供給する排気ガス再循環装置である。EGR制御装置は、EGR率を変化させるために操作されるEGR操作量(例えば、EGR弁の開度や吸気絞り弁の開度)と、このEGR操作量を操作したときのEGR率との基準となる関係を、取得手段によって取得する。そして、ゲイン算出手段は、取得した基準となる関係から現在のEGR率に対応する基準EGR操作量を算出し、基準EGR操作量と現在のEGR操作量との偏差に基づいて、EGR操作量の制御ゲインを算出する。この制御ゲインを大きくした場合には、EGR操作量はより大きく変化し、制御ゲインを小さくした場合には、EGR操作量はより小さく変化する。更に、フィードバック制御手段は、算出された制御ゲインに基づいて、現在のEGR率が目標EGR率となるようにEGR操作量をフィードバック制御する。以上により、上記のEGR制御装置は、例えばEGR弁の前後で背圧変化が生じていても、EGR操作量の制御ゲインを調整することによって即座に対応することができる。これにより、EGR制御装置は、車両内の状態変化の影響を受けることなく、フィードバック制御における目標EGR率への収束性を向上させることができる。
上記の内燃機関のEGR制御装置の一態様では、前記ゲイン算出手段は、前記現在のEGR操作量から前記基準EGR操作量を減算することによって前記偏差を算出し、前記偏差が正であれば前記制御ゲインを大きくし、前記偏差が負であれば前記制御ゲインを小さくする。
この態様では、ゲイン算出手段は、現在のEGR操作量が基準EGR操作量よりも大きければ(偏差が正)、制御ゲインを大きくし、現在のEGR操作量が基準EGR操作量よりも小さければ(偏差が負)、制御ゲインを小さくすることができる。これにより、ゲイン算出手段は、現在のEGR操作量とEGR率との関係が基準となる関係からずれている場合に、適切な制御ゲインを算出することができる。
本発明の他の観点では、内燃機関の排気ガスの一部を吸気系に還流させる内燃機関のEGR制御装置は、EGRガス量を変化させるために操作されるEGR操作量と、前記EGR操作量を操作したときのEGRガス量との基準となる関係を取得する取得手段と、前記基準となる関係から現在のEGR操作量に対応する基準EGRガス量を算出し、前記基準EGRガス量と前記現在のEGRガス量との偏差に基づいて、前記EGR操作量を増加又は減少させる制御ゲインを算出するゲイン算出手段と、算出された前記制御ゲインに基づいて、前記現在のEGRガス量が目標EGRガス量となるように前記EGR操作量をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、を備える。
この態様では、EGR制御装置は、EGRガス量を変化させるために操作されるEGR操作量と、このEGR操作量を操作したときのEGRガス量(EGRガス流量)との基準となる関係を、取得手段によって取得する。そして、ゲイン算出手段は、取得した基準となる関係から現在のEGRガス量に対応する基準EGR操作量を算出し、基準EGR操作量と現在のEGR操作量との偏差に基づいて、EGR操作量の制御ゲインを算出する。更に、フィードバック制御手段は、算出された制御ゲインに基づいて、現在のEGRガス量が目標EGRガス量となるようにEGR操作量をフィードバック制御する。これにより、EGR制御装置は、車両内の状態変化の影響を受けることなく、フィードバック制御における目標EGRガス量への収束性を向上させることができる。
上記の内燃機関のEGR制御装置の他の一態様では、前記ゲイン算出手段は、前記現在のEGRガス量から前記基準EGRガス量を減算することによって前記偏差を算出し、前記偏差が正であれば前記制御ゲインを小さくし、前記偏差が負であれば前記制御ゲインを大きくする。
この態様では、ゲイン算出手段は、現在のEGRガス量が基準EGRガス量よりも大きければ(偏差が正)、制御ゲインを小さくし、現在のEGRガス量が基準EGRガス量よりも小さければ(偏差が負)、制御ゲインを大きくすることができる。これにより、ゲイン算出手段は、現在のEGR操作量とEGRガス量との関係が基準となる関係からずれている場合に、適切な制御ゲインを算出することができる。
上記の内燃機関のEGR制御装置において好適には、前記ゲイン算出手段は、前記偏差の絶対値が大きいほど、前記制御ゲインを大きくする量及び小さくする量を増加させる。これにより、EGR操作量とEGR率との関係、又はEGR操作量とEGRガス量との関係が、基準となる関係から大きく離れている場合に、制御ゲインをより大きく、又はより小さくすることができる。
上記の内燃機関のEGR制御装置において更に好適には、前記EGR操作量は、EGR通路に設けられたEGR弁の開度、吸気通路に設けられた吸気絞り弁の開度、排気通路に設けられた排気絞り弁の開度、及び過給機に設けられた可変ノズルの開度の少なくとも1つの量であり、前記フィードバック制御手段は、前記EGR弁の開度、前記吸気絞り弁の開度、前記排気絞り弁の開度、及び前記可変ノズルの開度の少なくともいずれかを制御することができる。例えば、EGR制御装置は、EGR弁の開度を制御すると共に、補助的に、吸気絞り弁の開度、可変ノズルの開度、及び排気絞り弁の開度のいずれか一つを制御することができる。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
[EGR制御装置の構成]
まず、本発明の実施形態に係るEGR制御装置について、図1を用いて説明する。図1は、EGR制御装置を搭載した車両の概略構成を示す模式図である。
まず、本発明の実施形態に係るEGR制御装置について、図1を用いて説明する。図1は、EGR制御装置を搭載した車両の概略構成を示す模式図である。
車両は、主に、内燃機関1と、ECU(Engine Control Unit)2と、吸気通路3と、過給機4と、吸気絞り弁(スロットル弁)5と、排気通路7と、EGR通路8と、EGR弁9と、可変ノズル(VGTノズル)10と、排気絞り弁11と、を備える。なお、本実施形態に係るEGR制御装置は、主として、ECU2、吸気絞り弁5、EGR弁9、可変ノズル10、及び排気絞り弁11などにより構成される。
内燃機関1は、燃焼室内の混合気を爆発させて動力を発生する装置である。内燃機関1は、例えば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどのエンジンとすることができる。
吸気通路3には、矢印20aで示すように吸気が供給される。吸気通路3中には過給機4が設けられており、過給機4は流入した吸気を圧縮する。また、吸気通路3には、吸気絞り弁5が設けられている。吸気絞り弁5は、内燃機関1に供給する吸気の流量を調整する。この吸気絞り弁5は、ECU2から供給される制御信号S1によって開度が制御される。
排気通路7は、内燃機関1から排出された排気ガスが流通する。この排気通路7中には、EGR通路8が接続されている。具体的には、EGR通路8は、一端が排気通路7に接続され、他の一端が吸気通路3に接続されている。EGR通路8には、矢印20bで示すように排気ガスの一部が流入し、流入した排気ガスは矢印20cで示すように吸気系に還流する。
EGR通路8上にはEGR弁9が設けられており、EGR弁9によって内燃機関1に還流する排気ガスの流量が調整される。このEGR弁9は、ECU2から供給される制御信号S2によって開度が制御される。
内燃機関1から排出された排気ガスは、過給機4へ流入し、過給機4内の図示しないタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、過給機4内の図示しないコンプレッサホイールへ伝達される。これにより、吸気は、過給機4を通過する際に圧縮される。
過給機4には、可変ノズル10が設けられている。この可変ノズル10は、開口面積が変更可能なノズルであり、この開口面積を絞ることにより過給機3に流入する排気ガスの流量を増大させる。この可変ノズル10は、ECU2から供給される信号S3によって、開度(開口面積)が制御される。
更に、排気通路7中には、排気絞り弁11が設けられている。排気絞り弁11は、排気通路7を通過する排気ガスの流量を調整する。この排気絞り弁11は、ECU2から供給される制御信号S4によって、開度が制御される。
ECU2は、図示しないCPU、ROM、RAM、A/D変換器及び入出力インタフェイスなどを含んで構成される。ECU2は、主に、内燃機関1などの運転状態などに基づいて、EGR率又はEGRガス流量を調節する。具体的には、ECU2は、吸気絞り弁5の開度、EGR弁9の開度、可変ノズル10の開度、及び排気絞り弁11の開度を制御することによって、EGR率又はEGRガス流量を調節する。ECU2は、EGR操作量とEGR率との基準となる関係、又はEGR操作量とEGRガス流量との基準となる関係を取得する取得手段、EGR操作量の制御ゲインを算出するゲイン算出手段、及びEGR操作量をフィードバック制御するフィードバック制御手段、として機能する。
[フィードバック制御方法]
以下では、本発明の実施形態に係るフィードバック制御方法について説明する。
以下では、本発明の実施形態に係るフィードバック制御方法について説明する。
(第1実施形態)
まず、本発明の第1実施形態に係るフィードバック制御について説明する。第1実施形態では、EGR操作量を増加又は減少させるための制御ゲインを用いて、フィードバック制御を行う。以下では、EGR操作量の一例としてEGR弁9の開度を示し、制御ゲインはEGR弁9の開度に基づいて算出している。この場合、制御ゲインは、EGR弁9に供給する制御信号S2のレベルを増加又は減少させるために用いられる量である。よって、元の制御信号S2によるEGR弁9の開度と比較して、制御ゲインを大きくした場合にはEGR弁9の開度は大きくなり、制御ゲインを小さくした場合にはEGR弁9の開度は小さくなる。
まず、本発明の第1実施形態に係るフィードバック制御について説明する。第1実施形態では、EGR操作量を増加又は減少させるための制御ゲインを用いて、フィードバック制御を行う。以下では、EGR操作量の一例としてEGR弁9の開度を示し、制御ゲインはEGR弁9の開度に基づいて算出している。この場合、制御ゲインは、EGR弁9に供給する制御信号S2のレベルを増加又は減少させるために用いられる量である。よって、元の制御信号S2によるEGR弁9の開度と比較して、制御ゲインを大きくした場合にはEGR弁9の開度は大きくなり、制御ゲインを小さくした場合にはEGR弁9の開度は小さくなる。
ここで、上記した制御ゲインの算出方法について、図2を用いて具体的に説明する。
図2は、横軸にEGR弁9の開度(以下、単に「EGR弁開度」とも呼ぶ。)を示し、縦軸にEGR率を示している。この場合、直線40は、EGR弁開度とEGR率との基準となる関係を示している(以下、直線40を「基準線40」と呼ぶ)。基準線40は、通常の内燃機関1の運転状態において得られるものである(通常の内燃機関1の運転状態において、基準線40で示すような関係が得られるようにEGR弁9などが設計されている)。したがって、基準線40が得られるような車両の状態においては、EGR弁開度の変化量に対してEGR率が適切に変化しているため、EGR弁9の制御性は良好であるといえる。なお、このようなEGR弁開度とEGR率との基準となる関係を示す基準線40は、ECU2内の図示しないメモリなどに記憶されている。
最初に、ECU2は、現在のEGR弁開度とEGR率を取得する。例えば、図2中の符号44で示すような結果が得られたものとする。この場合、ECU2は、EGR弁開度B2及びEGR率C1を取得する。符号44で示す点は、前述した基準線40よりも右側に位置する。即ち、符号44で示す点と、基準線40上の符号43で示す点とを比較すると、EGR率C1を得るために要するEGR弁開度が大きいといえる。よって、符号44で示す点が得られるような状況では、EGR率C1を得るために、EGR弁開度を通常よりも大きく設定する必要がある。なお、符号44で示す点は、例えばEGR弁9の前後で背圧変化が生じている状況などにおいて得られる。
そして、ECU2は、上記の基準線40に基づいて、現在のEGR率C1に対応する基準EGR弁開度を取得する。その結果、ECU2は、基準線40上における符号43で示す点を得て、基準EGR弁開度B1を取得する。この基準EGR弁開度B1は、EGR率C1に設定する場合において、最適な制御性を得ることが可能なEGR弁開度である。
更に、ECU2は、基準EGR弁開度B1に対する現在のEGR弁開度B2の偏差を算出する。詳しくは、ECU2は、現在のEGR弁開度B2から基準EGR弁開度B1を減算することによって偏差D1を算出する。この場合、算出された偏差D1が正であるため、ECU2は、EGR弁開度の制御ゲインを大きくする。
このように、制御ゲインを大きくすることにより、EGR弁開度は当初よりもより大きく変化することになる。即ち、当初の制御信号S2によるEGR弁9の開度と比較して、制御ゲインを大きくした場合にはEGR弁9の開度は大きくなる。
一方、ECU2が符号45で示すようなEGR弁開度とEGR率を取得した場合について説明する。この場合、ECU2は、EGR弁開度B3及びEGR率C1を取得する。符号45で示す点は、前述した基準線40よりも左側に位置する。即ち、符号45で示す点と、基準線40上の符号43で示す点とを比較すると、EGR率C1を得るために要するEGR弁開度が小さいといえる。よって、符号45で示す点が得られるような状況では、EGR率C1を得るために、EGR弁開度を通常よりも小さく設定する必要がある。なお、符号45で示す点は、例えばEGR弁9の前後で背圧変化が生じている状況などにおいて得られる。
そして、ECU2は、現在のEGR率C1を用いて基準線40上の符号43で示す点を得て、基準EGR弁開度B1を取得する。次に、ECU2は、現在のEGR弁開度B3から基準EGR弁開度B1を減算することによって偏差D2を算出する。
この場合、算出された偏差D2が負であるため、ECU2は、EGR弁開度の制御ゲインを小さくする。このように、制御ゲインを小さくすることにより、EGR弁開度は当初よりも小さく変化することになる。即ち、当初の制御信号S2によるEGR弁9の開度と比較して、制御ゲインを小さくした場合にはEGR弁9の開度は小さくなる。
なお、ECU2は、以下の式(1)に基づいて制御ゲインを決定する。
(制御ゲイン)=(基本制御ゲイン)+A×(偏差) 式(1)
式(1)中の「基本制御ゲイン」は、内燃機関1の運転状態などによって決定される値であり、ECU2のメモリ内に記憶されたマップなどを参照して決定される。制御ゲインが基本制御ゲインと等しくなる場合には、EGR弁開度とEGR率との関係は基準線40に一致する。また、式(1)中の「A」は、偏差の絶対値が大きくなるほど増加するような値に設定されている。例えば、「A」と偏差は、1次関数又は2次関数の関係を満たすように設定される。このように設定することにより、取得されたEGR弁開度とEGR率との関係が基準線40から大きく離れている場合に、制御ゲインをより大きく、又はより小さくすることができる。
式(1)中の「基本制御ゲイン」は、内燃機関1の運転状態などによって決定される値であり、ECU2のメモリ内に記憶されたマップなどを参照して決定される。制御ゲインが基本制御ゲインと等しくなる場合には、EGR弁開度とEGR率との関係は基準線40に一致する。また、式(1)中の「A」は、偏差の絶対値が大きくなるほど増加するような値に設定されている。例えば、「A」と偏差は、1次関数又は2次関数の関係を満たすように設定される。このように設定することにより、取得されたEGR弁開度とEGR率との関係が基準線40から大きく離れている場合に、制御ゲインをより大きく、又はより小さくすることができる。
次に、上記の制御ゲインの算出、及びEGR弁開度のフィードバック制御において実行される処理について、図3に示すフローチャートを用いて説明する。なお、この処理は、所定の周期で繰り返し実行される。
ステップS101では、ECU2は、内燃機関1の運転状態を取得する。例えば、ECU2は、内燃機関1の回転数やアクセル開度量などを取得する。そして、処理はステップS102に進む。
ステップS102では、ECU2は、ステップS101で取得した内燃機関1の運転状態に基づいて、基本制御ゲインを取得する。この場合、ECU2は、メモリ内に記憶されたマップを参照して基本制御ゲインを取得する。そして、処理はステップS103に進む。
ステップS103では、ECU2は、現在のEGR率を取得する。この場合、ECU2は、車両内の図示しないセンサの出力、例えば吸気通路3やEGR通路8中に設けられたO2センサなどの出力、に基づいて現在のEGR率を算出する。そして、処理はステップS104に進む。
ステップS104では、ECU2は、現在のEGR率に対応する基準EGR弁開度を取得する。詳しくは、ECU2は、EGR弁開度とEGR率との基準となる関係(例えば、前述した基準線40)から、現在のEGR率に対応する基準EGR弁開度を取得する。そして、処理はステップS105に進む。
ステップS105では、ECU2は、現在のEGR弁開度を取得する。この場合、ECU2は、EGR弁9に供給している制御信号S2に基づいて、現在のEGR弁9の開度を取得する。そして、処理はステップS106に進む。
ステップS106では、ECU2は、基準EGR弁開度に対する現在のEGR弁開度の偏差を算出する。具体的には、ECU2は、現在のEGR弁開度から基準EGR弁開度を減算して偏差を得る。そして、処理はステップS107に進む。
ステップS107では、ECU2は、基本制御ゲイン及び算出された偏差に基づいて、EGR弁開度の制御ゲインを算出する。この場合、ECU2は、偏差が正であれば制御ゲインが大きくなるように設定し、偏差が負であれば制御ゲインが小さくなるように設定する。また、偏差の絶対値が大きいほど、制御ゲインを大きくする量又は小さくする量が増加するように制御ゲインを決定する。例えば、ECU2は、前述した式(1)に基づいて制御ゲインを算出する。以上の処理が終了すると、処理はステップS108に進む。
ステップS108及びステップS109の処理は、以上のように決定された制御ゲインに従って、EGR率が目標EGR率となるようにEGR弁開度をフィードバック制御するために行われる処理である。
まず、ステップS108では、ECU2は、目標EGR率を決定する。具体的には、ECU2は、内燃機関1の運転状態や排気ガス中のNOx濃度などに基づいて、目標EGR率を決定する。そして、処理はステップS109に進む。
ステップS109では、ECU2は、ステップS103で取得したEGR率と、目標EGR率とに基づいて、EGR率が目標EGR率に一致するようにEGR弁開度を制御する。この際に、ECU2は、ステップS107で算出された制御ゲインに従って、EGR弁開度を制御する。例えば、ECU2は、目標EGR率を実現するためにEGR弁9に供給すべき値として実際に算出された制御信号S2(基準線40上のEGR弁開度に対応する信号)に対して、制御ゲインを乗算して得られた値を制御信号S2としてEGR弁9に供給する。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。そして、所定時間が経過した後に、ステップS101に戻って、再度当該フローを実行する。
以上のように、第1実施形態に係るフィードバック制御によれば、EGR弁開度とEGR率との基準となる関係を示す基準線40に基づいて、EGR弁開度の制御ゲインを調整するため、EGR弁9の前後で背圧変化が生じていても、これに対して即座に対応することができる。よって、第1実施形態に係るフィードバック制御によれば、車両内の状態変化の影響を受けることなく、フィードバック制御における目標EGR率への収束性を向上させることができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係るフィードバック制御について説明する。
次に、本発明の第2実施形態に係るフィードバック制御について説明する。
まず、第2実施形態に係るフィードバック制御において用いられる制御ゲインの算出方法について、図4を用いて具体的に説明する。第2実施形態では、EGRガス流量(EGRガス量)に基づいて制御ゲインを算出する点で、上記した第1実施形態と異なる。なお、以下では、EGR操作量の一例としてEGR弁9の開度を示し、制御ゲインはEGR弁9の開度に基づいて算出している。
図4(a)は、横軸にEGR弁9の開度(EGR弁開度)を示し、縦軸にEGRガス流量を示している。また、曲線50は、EGR弁開度とEGRガス流量との基準となる関係を示している(以下、曲線50を「基準線50」と呼ぶ)。EGR弁開度を操作したときに基準線50上にあるEGRガス流量が得られた場合、EGR弁9の制御性は良いといえる。このようなEGR弁開度とEGRガス流量との基準となる関係を示す基準線50は、予めECU2によって求められており、ECU2内の図示しないメモリなどに記憶されている。
最初に、ECU2は、現在のEGR弁開度とEGRガス流量を取得する。例えば、図4(a)中の符号54で示すような結果が得られたものとする。この場合、ECU2は、EGR弁開度E1及びEGRガス流量F2を取得する。符号54で示す点は、前述した基準線50よりも下側に位置する。即ち、符号54で示す点と、基準線50上の符号53で示す点とを比較すると、EGR弁開度E1が同一であってもEGRガス流量が小さい。よって、符号54で示す点が得られるような状況では、所望のEGRガス流量を得るために、EGR弁開度を通常よりも大きく設定する必要がある。なお、符号54で示す点は、例えばEGR弁9の前後で背圧変化が生じている状況などにおいて得られる。
そして、ECU2は、上記の基準線50に基づいて、現在のEGR弁開度E1に対応する基準EGRガス流量を取得する。その結果、ECU2は、基準線50上における符号53で示す点を得て、基準EGRガス流量F1を取得する。この基準EGRガス流量F1は、最適な制御性が確保された状態において、現在のEGR弁開度E1によって得られるべきEGRガス流量に相当する。
更に、ECU2は、基準EGRガス流量F1に対する現在のEGRガス流量F2の偏差を算出する。詳しくは、ECU2は、現在のEGRガス流量F2から基準EGRガス流量F1を減算することによって偏差G1を算出する。この場合、算出された偏差G1が負であるため、ECU2は、EGR弁開度の制御ゲインを大きくする。
このように、制御ゲインを大きくすることにより、EGR弁開度は当初よりも大きく変化することになる。即ち、当初の制御信号S2によるEGR弁9の開度と比較して、制御ゲインを大きくした場合にはEGR弁9の開度は大きくなる。
一方、ECU2が符号55で示すようなEGR弁開度とEGRガス流量を得た場合について説明する。この場合、ECU2は、EGR弁開度E1及びEGRガス流量F3を取得する。符号55で示す点は、前述した基準線50よりも上側に位置する。即ち、符号55で示す点と、基準線50上の符号53で示す点とを比較すると、EGR弁開度E1が同一であってもEGRガス流量が大きい。よって、符号55で示す点が得られるような状況では、所望のEGRガス流量を得るために、EGR弁開度を通常よりも小さく設定する必要がある。なお、符号55で示す点は、例えばEGR弁9の前後で背圧変化が生じている状況などにおいて得られる。
そして、ECU2は、現在のEGR弁開度E1を用いて基準線50上の符号53で示す点を得て、基準EGRガス流量F1を取得する。次に、ECU2は、現在のEGRガス流量F3から基準EGRガス流量F1を減算することによって偏差G2を算出する。
この場合、算出された偏差G2が正であるため、ECU2は、EGR弁開度の制御ゲインを小さくする。このように、制御ゲインを小さくすることにより、EGR弁開度は当初よりも小さく変化することになる。即ち、当初の制御信号S2によるEGR弁9の開度と比較して、制御ゲインを小さくした場合にはEGR弁9の開度は小さくなる。
ここで、制御ゲインの算出方法について具体的に説明する。本実施形態では、「ゲイン変化量」を用いて制御ゲインを算出する。図4(b)は、このゲイン変化量を決定するために用いる図の具体例を示している。なお、ゲイン変化量は、前述した式(1)中の「A」に相当する。
図4(b)は、横軸にEGRガス流量の偏差を示し、縦軸にゲイン変化量を示している。直線60は、EGRガス流量の偏差とゲイン変化量の関係を示す具体例である。この場合、偏差とゲイン変化量の関係は、1次関数の関係に設定されている。直線60は、偏差が負であるときはゲイン変化量が正となり、偏差が正であるときはゲイン変化量が負となることを示している。例えば、前述した偏差G1及び偏差G2は、図示する場所に位置する。また、直線60は、偏差の絶対値が大きいほど、ゲイン変化量の絶対値も大きくなることを示している。
このようにして算出されたゲイン変化量を、例えば式(1)中の「A」に代入することによって、制御ゲインが算出される。この場合、偏差が負であれば制御ゲインは大きくなり、偏差が正であれば制御ゲインは小さくなるように算出される。更に、偏差の絶対値が大きいほどゲイン変化量の絶対値が増加するため、取得されたEGR弁開度とEGRガス流量との関係が基準線50から大きく離れている場合には、制御ゲインはより大きくなるか、或いはより小さくなる。
次に、上記の制御ゲインの算出、及びEGR弁開度のフィードバック制御において実行される処理について、図5に示すフローチャートを用いて説明する。なお、この処理は、所定の周期で繰り返し実行される。
ステップS201では、ECU2は、内燃機関1の運転状態を取得する。例えば、ECU2は、内燃機関1の回転数やアクセル開度量などを取得する。そして、処理はステップS202に進む。
ステップS202では、ECU2は、ステップS201で取得した内燃機関1の運転状態に基づいて、基本制御ゲインを取得する。この場合、ECU2は、メモリ内に記憶されたマップを参照して基本制御ゲインを取得する。そして、処理はステップS203に進む。
ステップS203では、ECU2は、現在のEGR弁開度を取得する。この場合、ECU2は、EGR弁9に供給している制御信号S2に基づいて、EGR弁9の開度を取得する。そして、処理はステップS204に進む。
ステップS204では、ECU2は、現在のEGR弁開度に対応する基準EGRガス流量を取得する。詳しくは、ECU2は、EGR弁開度とEGRガス流量の基準となる関係(例えば、前述した基準線50)に基づいて、現在のEGR弁開度に対応する基準EGRガス流量を取得する。そして、処理はステップS205に進む。
ステップS205では、ECU2は、現在のEGRガス流量を取得する。この場合、ECU2は、例えば、図示しないエアフロメータから出力される吸入空気量と図示しない過給圧センサから出力される過給圧とに基づいて、現在のEGRガス流量を取得する。そして、処理はステップS206に進む。
ステップS206では、ECU2は、基準EGRガス流量に対する現在のEGRガス流量の偏差を算出する。具体的には、ECU2は、現在のEGRガス流量から基準EGRガス流量を減算して偏差を得る。そして、処理はステップS207に進む。
ステップS207では、ECU2は、EGRガス流量の偏差に基づいてゲイン変化量を算出する。ECU2は、例えば前述した図4(b)中の直線60などに基づいて、ゲイン変化量を算出する。そして、処理はステップS208に進む。
ステップS208では、ECU2は、基本制御ゲイン、EGRガス流量の偏差、及びゲイン変化量に基づいて、EGR弁開度の制御ゲインを算出する。ECU2は、例えば式(1)に基本ゲイン、偏差、及びゲイン変化量(「A」に相当する)を代入することによって、ゲイン制御量を算出する。そして、処理はステップS209に進む。
ステップS209及びステップS210の処理は、以上のように決定された制御ゲインに従って、EGRガス流量が目標EGRガス流量となるようにEGR弁開度をフィードバック制御するために主に行われる処理である。
まず、ステップS209では、ECU2は、目標EGRガス流量を決定する。具体的には、ECU2は、内燃機関1の運転状態や排気ガス中のNOx濃度などに基づいて、目標EGRガス流量を決定する。そして、処理はステップS210に進む。
ステップS210では、ECU2は、ステップS203で取得したEGRガス流量と、目標EGRガス流量とに基づいて、EGRガス流量が目標EGRガス流量に一致するようにEGR弁開度を制御する。この際に、ECU2は、ステップS207で算出された制御ゲインに従って、EGR弁開度を制御する。例えば、ECU2は、目標EGRガス流量を実現するためにEGR弁9に供給すべき値として実際に算出された制御信号S2に対して、制御ゲインを乗算して得られた値を制御信号S2としてEGR弁9に供給する。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。そして、所定時間が経過した後に、ステップS201に戻って、再度当該フローを実行する。
以上のように、第2実施形態に係るフィードバック制御によれば、EGR弁開度とEGRガス流量との基準となる関係を示す基準線50に基づいて、EGR弁開度の制御ゲインを調整するため、EGR弁9の前後で背圧変化が生じていても、これに対して即座に対応することができる。よって、第2実施形態に係るフィードバック制御によっても、車両内の状態変化の影響を受けることなく、フィードバック制御における目標EGRガス流量への収束性を向上させることができる。
なお、本発明は、基準線をEGR弁開度に基づいて設定することに限定はされない。例えば、吸気絞り弁5の開度、可変ノズル10の開度、及び排気絞り弁11の開度のいずれかに基づいて、これらの開度を制御したときのEGR率又はEGRガス流量の変化を示す基準線を設定することができる。
また、本発明は、制御ゲインをEGR弁開度のみに基づいて算出することに限定はされず、吸気絞り弁5の開度、可変ノズル10の開度、及び排気絞り弁11の開度のいずれかに基づいて算出してもよい。
更に、本発明では、フィードバック制御においてEGR弁9の開度のみを制御することに限定はされない。他の例では、ECU2は、EGR弁9の開度をフィードバック制御する代わりに、吸気絞り弁5の開度、可変ノズル10の開度、及び排気絞り弁11の開度のいずれか1つをフィードバック制御することができる。なお、EGR弁9の開度の変化量に対してEGR率又はEGRガス流量の変化量が小さいときには、EGR弁9を制御する際に用いる制御ゲインを大きくしたが、吸気絞り弁5の開度、可変ノズル10の開度、及び排気絞り弁11の開度の変化量に対してEGR率又はEGRガス流量の変化量が小さいときには、これらを制御する際に用いる制御ゲインを小さくする。こうするのは、これらの開度を小さくすることによって、EGR通路7を通過するEGRガスの流量が増加するからである。逆に、吸気絞り弁5の開度、可変ノズル10の開度、及び排気絞り弁11の開度の変化量に対してEGR率又はEGRガス流量の変化量が大きいときには、これらを制御する際に用いる制御ゲインを大きくする。
更に他の例では、ECU2は、EGR弁9の開度、吸気絞り弁5の開度、可変ノズル10の開度、及び排気絞り弁11の開度のうち、2つ以上の開度を同時にフィードバック制御してもよい。例えば、ECU2は、EGR弁9の開度を制御すると共に、補助的に、吸気絞り弁5の開度、可変ノズル10の開度、及び排気絞り弁11の開度のいずれか一つを制御することができる。
1 内燃機関
2 ECU
3 吸気通路
4 過給機
5 吸気絞り弁
7 排気通路
8 EGR通路
9 EGR弁
10 可変ノズル
11 排気絞り弁
2 ECU
3 吸気通路
4 過給機
5 吸気絞り弁
7 排気通路
8 EGR通路
9 EGR弁
10 可変ノズル
11 排気絞り弁
Claims (6)
- 内燃機関の排気ガスの一部を吸気系に還流させる内燃機関のEGR制御装置であって、
EGR率を変化させるために操作されるEGR操作量と、前記EGR操作量を操作したときのEGR率との基準となる関係を取得する取得手段と、
前記基準となる関係から現在のEGR率に対応する基準EGR操作量を算出し、前記基準EGR操作量と前記現在のEGR操作量との偏差に基づいて、前記EGR操作量を増加又は減少させる制御ゲインを算出するゲイン算出手段と、
算出された前記制御ゲインに基づいて、前記現在のEGR率が目標EGR率となるように前記EGR操作量をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関のEGR制御装置。 - 前記ゲイン算出手段は、前記現在のEGR操作量から前記基準EGR操作量を減算することによって前記偏差を算出し、前記偏差が正であれば前記制御ゲインを大きくし、前記偏差が負であれば前記制御ゲインを小さくすることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関のEGR制御装置。
- 内燃機関の排気ガスの一部を吸気系に還流させる内燃機関のEGR制御装置であって、
EGRガス量を変化させるために操作されるEGR操作量と、前記EGR操作量を操作したときのEGRガス量との基準となる関係を取得する取得手段と、
前記基準となる関係から現在のEGR操作量に対応する基準EGRガス量を算出し、前記基準EGRガス量と前記現在のEGRガス量との偏差に基づいて、前記EGR操作量を増加又は減少させる制御ゲインを算出するゲイン算出手段と、
算出された前記制御ゲインに基づいて、前記現在のEGRガス量が目標EGRガス量となるように前記EGR操作量をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関のEGR制御装置。 - 前記ゲイン算出手段は、前記現在のEGRガス量から前記基準EGRガス量を減算することによって前記偏差を算出し、前記偏差が正であれば前記制御ゲインを小さくし、前記偏差が負であれば前記制御ゲインを大きくすることを特徴とする請求項3に記載の内燃機関のEGR制御装置。
- 前記ゲイン算出手段は、前記偏差の絶対値が大きいほど、前記制御ゲインを大きくする量及び小さくする量を増加させることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の内燃機関のEGR制御装置。
- 前記EGR操作量は、EGR通路に設けられたEGR弁の開度、吸気通路に設けられた吸気絞り弁の開度、排気通路に設けられた排気絞り弁の開度、及び過給機に設けられた可変ノズルの開度の少なくとも1つの量であり、
前記フィードバック制御手段は、前記EGR弁の開度、前記吸気絞り弁の開度、前記排気絞り弁の開度、及び前記可変ノズルの開度の少なくともいずれかを制御することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の内燃機関のEGR制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005065201A JP2006249962A (ja) | 2005-03-09 | 2005-03-09 | 内燃機関のegr制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2005065201A JP2006249962A (ja) | 2005-03-09 | 2005-03-09 | 内燃機関のegr制御装置 |
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Family
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Family Applications (1)
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JP2005065201A Withdrawn JP2006249962A (ja) | 2005-03-09 | 2005-03-09 | 内燃機関のegr制御装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2006249962A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008267335A (ja) * | 2007-04-24 | 2008-11-06 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の排気還流装置 |
WO2008143363A1 (ja) | 2007-05-24 | 2008-11-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | フィードバック制御システム |
JP2014084848A (ja) * | 2012-10-26 | 2014-05-12 | Denso Corp | バルブ装置及びバルブ装置の製造方法 |
-
2005
- 2005-03-09 JP JP2005065201A patent/JP2006249962A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
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Date | Code | Title | Description |
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A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071010 |
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A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20090114 |