JP2013032732A - Control device for egr valve - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such the problem that there is a possibility that an EGR rate in actual intake does not agree with a target EGR rate by a recirculated exhaust amount control based on only the flow rate of the recirculated exhaust gas when passing through an EGR valve.SOLUTION: A control device 10 includes an EGR valve 14 and a control unit 20. The control unit 20 calculates the predicted value of a recirculated exhaust gas amount Mwhen passing through the intake valve 16 of an internal combustion engine 22, on the basis of a recirculated exhaust amount Mand its change amount δMwhen passing through the EGR valve 14. The control unit: calculates an evaluation value on the basis of the difference between the predicted value and a target value Mof the recirculated exhaust amount Mof the recirculated exhaust gas when passing through the intake valve 16, and the change amount δMof the recirculated exhaust gas when passing through the EGR valve 14; obtains a change amount δMas an optimal value that gives the minimum of the evaluated value under the restricted conditions of the recirculated exhaust amount Mand its change amount δMof the gas when passing through the EGR valve 14 and of the recirculated exhaust amount Mof the gas when passing through the intake valve 16; and thereby determines the opening of the EGR valve 14.

Description

本発明はEGRバルブの制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for an EGR valve.

内燃機関から排出された排気の一部を吸気側に戻すことにより排気中の大気汚染物質の低減を図る排気再循環(EGR、Exhaust Gas Recirculation)と呼ばれる技術が従来から知られている。吸気に排気の一部を混合させることで内燃機関の燃焼室における燃焼温度を抑制させ、これにより、燃焼温度の上昇に伴って増加する窒素酸化物(NOx)等の大気汚染物質の発生を抑えることが可能となる。また、低負荷運転でのポンピングロスを低減することができ、燃費を改善することが可能となる。   2. Description of the Related Art A technique called exhaust gas recirculation (EGR) that reduces air pollutants in exhaust gas by returning a part of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine to the intake side has been known. By mixing a part of the exhaust gas into the intake air, the combustion temperature in the combustion chamber of the internal combustion engine is suppressed, thereby suppressing the generation of air pollutants such as nitrogen oxide (NOx) that increases as the combustion temperature increases. It becomes possible. In addition, the pumping loss during low load operation can be reduced, and the fuel consumption can be improved.

吸気中の排気の割合が過度に低いと大気汚染物質の低減効果が下がり、他方で吸気中の排気の割合が過度に高いと内燃機関において燃焼反応が起こらない失火と呼ばれる現象に繋がるおそれがある。そこで吸気中の排気の割合を示すEGR率には目標値(目標EGR率)や上限値(失火限界EGR率)が定められている。   If the proportion of exhaust gas in the intake air is too low, the effect of reducing air pollutants will be reduced. On the other hand, if the proportion of exhaust air in the intake air is excessively high, it may lead to a phenomenon called misfire that does not cause a combustion reaction in the internal combustion engine. . Therefore, a target value (target EGR rate) and an upper limit value (misfire limit EGR rate) are determined for the EGR rate indicating the ratio of exhaust gas in intake air.

EGR率を目標EGR率に合わせるため、吸気側に戻す排気(以下、還流排気と呼ぶ)の流量を調整するEGRバルブが用いられる。EGRバルブは排気管と吸気管とを接続する排気還流管に設けられ、その開度調整によって当該排気還流管を流れる還流排気量を調整している。   In order to adjust the EGR rate to the target EGR rate, an EGR valve that adjusts the flow rate of exhaust gas that is returned to the intake side (hereinafter referred to as recirculated exhaust gas) is used. The EGR valve is provided in an exhaust gas recirculation pipe that connects the exhaust pipe and the intake pipe, and the amount of recirculated exhaust gas flowing through the exhaust gas recirculation pipe is adjusted by adjusting the opening thereof.

EGRバルブの開度制御を行うにあたり、例えば特許文献1においてはEGRバルブ通過時の還流排気量を計測等によって求め、この還流排気量に基づいてEGRバルブの開度を制御している。例えば目標EGR率と新気量から目標還流排気量を求め、EGRバルブを通過する還流排気量が当該目標還流排気量となるようにEGRバルブの開度を制御する。   For controlling the opening degree of the EGR valve, for example, in Patent Document 1, the recirculation exhaust amount when passing through the EGR valve is obtained by measurement or the like, and the opening degree of the EGR valve is controlled based on this recirculation exhaust amount. For example, the target recirculation exhaust amount is obtained from the target EGR rate and the fresh air amount, and the opening degree of the EGR valve is controlled so that the recirculation exhaust amount passing through the EGR valve becomes the target recirculation exhaust amount.

特開2007−113563号公報JP 2007-113563 A 特開2007−32462号公報JP 2007-32462 A

ところで、EGRバルブ通過時における排気還流量がそのまま維持されて内燃機関に流入するとは限らない。例えばEGR制御の過渡期においてはEGRバルブを通過する排気還流量と内燃機関に流入する排気還流量は異なる場合がある。また例えば新気量の流入圧や内燃機関の吸気バルブの開閉サイクル等によって還流排気の流れが乱れ、実際に内燃機関に流入する排気還流量はEGRバルブ通過時のものとは異なる場合がある。これらの場合において、EGRバルブ通過時の還流排気量を目標EGR率に基づいた目標還流排気量に絞ったとしても、内燃機関の流入時には目標還流排気量とは異なる流量となるおそれがある。このように、EGRバルブ通過時の流量のみを基準にして還流排気量の制御を行うと、実際に内燃機関に流入する吸気のEGR率と目標EGR率とが異なってしまうおそれがある。   By the way, the exhaust gas recirculation amount at the time of passing through the EGR valve is not necessarily maintained and flows into the internal combustion engine. For example, during the transition period of EGR control, the exhaust gas recirculation amount that passes through the EGR valve may differ from the exhaust gas recirculation amount that flows into the internal combustion engine. Further, for example, the flow of the recirculated exhaust gas is disturbed by the inflow pressure of the fresh air amount, the opening / closing cycle of the intake valve of the internal combustion engine, and the like, and the exhaust gas recirculation amount actually flowing into the internal combustion engine may be different from that when passing through the EGR valve. In these cases, even if the recirculation exhaust amount when passing through the EGR valve is reduced to the target recirculation exhaust amount based on the target EGR rate, the flow rate may be different from the target recirculation exhaust amount when the internal combustion engine flows in. As described above, when the recirculated exhaust gas amount is controlled based only on the flow rate when passing through the EGR valve, the EGR rate of the intake air actually flowing into the internal combustion engine may be different from the target EGR rate.

本発明はEGRバルブの制御装置に関する。当該制御装置は、内燃機関の排気の一部を吸気に混合させる還流排気量を調整するEGRバルブを備える。さらに、前記内燃機関に流入する吸気量を調整する吸気バルブ通過時の還流排気量の予測値を前記EGRバルブ通過時の還流排気量及びその変化量に基づいて算出し、前記吸気バルブ通過時の還流排気量の目標値と前記予測値との差異と前記EGRバルブ通過時の還流排気の変化量とに基づいて求められる評価値を算出する制御部を備える。さらに当該制御部は、前記EGRバルブ通過時の還流排気量及びその変化量と前記吸気バルブ通過時の還流排気量に関する制約条件を満たす範囲における前記評価値の最小値を与える前記EGRバルブ通過時の還流排気の変化量を最適値として取得するとともに、前記最適値に基づいて前記EGRバルブの開度を決定する。   The present invention relates to a control device for an EGR valve. The control device includes an EGR valve that adjusts a recirculation exhaust amount for mixing a part of the exhaust gas of the internal combustion engine with the intake air. Further, a predicted value of the recirculation exhaust amount when passing through the intake valve for adjusting the intake amount flowing into the internal combustion engine is calculated based on the recirculation exhaust amount when passing through the EGR valve and its change amount, and A control unit is provided that calculates an evaluation value obtained based on a difference between the target value of the recirculation exhaust amount and the predicted value and a change amount of the recirculation exhaust when passing through the EGR valve. Further, the control unit gives a minimum value of the evaluation value in a range satisfying a constraint condition regarding a recirculation exhaust amount when the EGR valve passes and a change amount thereof and a recirculation exhaust amount when the intake valve passes. The amount of change in the recirculated exhaust gas is acquired as an optimum value, and the opening degree of the EGR valve is determined based on the optimum value.

また、本発明はEGRバルブの制御装置に関する。当該制御装置は、内燃機関の排気の一部を吸気に混合させる還流排気量を調整するEGRバルブを備える。さらに、前記内燃機関に流入する吸気量を調整する吸気バルブ通過時の還流排気量及びその変化量に基づいて前記吸気バルブ通過時の還流排気量の予測値を算出し、前記吸気バルブ通過時の還流排気量の目標値と前記予測値との差異と前記変化量とに基づいて求められる評価値を算出する制御部を備える。さらに当該制御部は、前記EGRバルブ通過時の還流排気量及びその変化量に対する第1の制約条件を前記吸気バルブ通過時の還流排気量及びその変化量に対する第2の制約条件に変換し、前記第2の制約条件を満たす範囲における前記評価値の最小値を与える前記吸気バルブ通過時の還流排気の変化量を最適値として取得するとともに、前記最適値を前記EGRバルブ通過時の還流排気量の変化量に変換する。さらに変換された前記EGRバルブ通過時の還流排気量の変化量に基づいて前記EGRバルブの開度を決定する。   The present invention also relates to a control device for an EGR valve. The control device includes an EGR valve that adjusts a recirculation exhaust amount for mixing a part of the exhaust gas of the internal combustion engine with the intake air. Further, a predicted value of the recirculation exhaust amount when the intake valve passes is calculated based on the recirculation exhaust amount when the intake valve passes to adjust the amount of intake air flowing into the internal combustion engine and the change amount thereof. A control unit is provided for calculating an evaluation value obtained based on a difference between the target value of the recirculation exhaust amount and the predicted value and the amount of change. Further, the control unit converts the first restriction condition for the recirculation exhaust amount when the EGR valve passes and the change amount thereof into the second restriction condition for the recirculation exhaust amount and the change amount when the intake valve passes, A change amount of the recirculation exhaust gas when the intake valve passes that gives the minimum value of the evaluation value in a range satisfying the second constraint condition is acquired as an optimum value, and the optimum value is obtained as a recirculation exhaust gas amount when the EGR valve passes. Convert to change. Further, the opening degree of the EGR valve is determined based on the change amount of the recirculation exhaust amount when passing through the converted EGR valve.

また、本発明はEGRバルブの制御装置に関する。当該制御装置は、内燃機関の排気の一部を吸気に混合させる還流排気量を調整するEGRバルブと、前記EGRバルブの開度を求めるために生成された可変係数を含む最適化問題の前記可変係数を定係数に変換するとともに、前記変換後の最適化問題を解くことで前記EGRバルブの開度を求める制御部と、を備える。   The present invention also relates to a control device for an EGR valve. The control device includes the EGR valve that adjusts the recirculation exhaust amount that mixes a part of the exhaust gas of the internal combustion engine with the intake air, and the variable of the optimization problem that includes a variable coefficient that is generated to obtain the opening degree of the EGR valve. And a controller that converts the coefficient into a constant coefficient and solves the optimization problem after the conversion to obtain the opening degree of the EGR valve.

本発明によれば、従来よりもEGR制御の制御性が向上する。   According to the present invention, the controllability of EGR control is improved as compared with the prior art.

本実施形態に係るEGRバルブの制御装置を例示する図である。It is a figure which illustrates the control apparatus of the EGR valve which concerns on this embodiment. モデル予測制御を説明する図である。It is a figure explaining model prediction control. 吸気バルブ通過時の還流排気量を説明する図である。It is a figure explaining the recirculation exhaust amount at the time of intake valve passing.

図1に本実施形態に係る内燃機関の制御装置を例示する。制御装置10は、スロットルバルブ12と、EGRバルブ14と、吸気バルブ16と、吸気圧センサ18と、制御部20と、スロットルポジションセンサ24と、EGRバルブポジションセンサ25とを含んで構成される。なお、本実施形態に係る制御装置10は例えば内燃機関22を駆動源とする車両に搭載される。   FIG. 1 illustrates a control device for an internal combustion engine according to the present embodiment. The control device 10 includes a throttle valve 12, an EGR valve 14, an intake valve 16, an intake pressure sensor 18, a control unit 20, a throttle position sensor 24, and an EGR valve position sensor 25. Note that the control device 10 according to the present embodiment is mounted on a vehicle using, for example, the internal combustion engine 22 as a drive source.

スロットルバルブ12は内燃機関22に供給する吸気(新気)の流量を調整可能な弁体を含んで構成され、例えばバタフライバルブから構成される。スロットルバルブ12はモータ21等の駆動手段によって駆動され、この駆動に応じてスロットルバルブ12の開度が変化する。この開度変化に応じてスロットルバルブ12を通過する吸気量が調整される。   The throttle valve 12 includes a valve body capable of adjusting the flow rate of intake air (fresh air) supplied to the internal combustion engine 22, and is configured of, for example, a butterfly valve. The throttle valve 12 is driven by driving means such as a motor 21, and the opening degree of the throttle valve 12 changes according to this driving. The amount of intake air that passes through the throttle valve 12 is adjusted in accordance with this change in opening.

また、スロットルバルブ12は内燃機関22の燃焼室26に吸気を送り込む吸気管28内に設けることができる。本実施形態においては、吸気管28の空気取り入れ口29近傍に設けられたエアクリーナ30とその下流に設けられたサージタンク32との間にスロットルバルブ12が設けられている。   The throttle valve 12 can be provided in an intake pipe 28 that feeds intake air into the combustion chamber 26 of the internal combustion engine 22. In the present embodiment, the throttle valve 12 is provided between an air cleaner 30 provided near the air intake port 29 of the intake pipe 28 and a surge tank 32 provided downstream thereof.

また、スロットルポジションセンサ24はスロットルバルブ12の開度を制御部20に送信する。スロットルポジションセンサ24は例えばモータ21の回転数を測定して当該回転数からスロットルバルブ12の開度を算出して制御部20に開度を送信する。   Further, the throttle position sensor 24 transmits the opening degree of the throttle valve 12 to the control unit 20. For example, the throttle position sensor 24 measures the rotation speed of the motor 21, calculates the opening degree of the throttle valve 12 from the rotation speed, and transmits the opening degree to the control unit 20.

EGRバルブ14は内燃機関22から排出された排気の一部を吸気側に還流する還流排気量を調整可能な弁体を含んで構成され、例えばニードルバルブから構成される。EGRバルブ14はモータ36等の駆動手段によって駆動され、この駆動に応じてEGRバルブ14の開度が変化する。この開度変化に応じてEGRバルブ14を通過する還流排気量が調整される。   The EGR valve 14 includes a valve body that can adjust a recirculation exhaust amount that recirculates a part of the exhaust discharged from the internal combustion engine 22 to the intake side, and includes, for example, a needle valve. The EGR valve 14 is driven by driving means such as a motor 36, and the opening degree of the EGR valve 14 changes according to this driving. The recirculation exhaust amount passing through the EGR valve 14 is adjusted in accordance with the change in the opening degree.

また、EGRバルブ14は排気還流管40内に設けることができる。例えば本実施形態では、排気還流管40を流れる還流排気を冷却するEGRクーラー42より下流側(吸気管側)にEGRバルブ14が設けられている。   Further, the EGR valve 14 can be provided in the exhaust gas recirculation pipe 40. For example, in the present embodiment, the EGR valve 14 is provided downstream (intake pipe side) from the EGR cooler 42 that cools the recirculated exhaust gas flowing through the exhaust recirculation pipe 40.

排気還流管40は排気の一部を吸気側に還流させる還流経路として機能する。例えば本実施形態においては排気還流管40は排気管38と吸気管28とを結んでいる。また本実施形態では排気還流管40は排気管38の部分のうち、排気中の大気汚染物質を除去する触媒器44よりも上流に接続されるとともに吸気管28のサージタンク32よりも下流に接続されている。   The exhaust gas recirculation pipe 40 functions as a recirculation path for recirculating a part of the exhaust gas to the intake side. For example, in the present embodiment, the exhaust gas recirculation pipe 40 connects the exhaust pipe 38 and the intake pipe 28. In the present embodiment, the exhaust gas recirculation pipe 40 is connected upstream of the catalyst 44 for removing air pollutants in the exhaust gas in the exhaust pipe 38 and downstream of the surge tank 32 of the intake pipe 28. Has been.

また、EGRバルブポジションセンサ25はEGRバルブ14の開度を制御部20に送信する。EGRバルブポジションセンサ25は例えばモータ36の回転数を測定して当該回転数からEGRバルブ14の開度を算出して制御部20に開度を送信する。   Further, the EGR valve position sensor 25 transmits the opening degree of the EGR valve 14 to the control unit 20. For example, the EGR valve position sensor 25 measures the rotation speed of the motor 36, calculates the opening degree of the EGR valve 14 from the rotation speed, and transmits the opening degree to the control unit 20.

吸気圧センサ18は、サージタンク32内の吸気圧を計測して制御部20に送信可能なセンサを含んで構成されている。吸気圧センサ18は例えば半導体式圧力センサから構成することができる。また、本実施形態にでは吸気圧センサ18は絶対真空を0[kPa]とした絶対圧を電気信号に変換して制御部20に圧力信号を送信可能となっている。   The intake pressure sensor 18 includes a sensor capable of measuring the intake pressure in the surge tank 32 and transmitting it to the control unit 20. The intake pressure sensor 18 can be composed of, for example, a semiconductor pressure sensor. In the present embodiment, the intake pressure sensor 18 can convert an absolute pressure with an absolute vacuum of 0 [kPa] into an electric signal and transmit the pressure signal to the control unit 20.

吸気バルブ16は、スロットルバルブ12を介して送られた新気及びEGRバルブ14を介して送られた還流排気が混合された吸気を吸気管28から内燃機関22の燃焼室26へ導入する。吸気バルブ16は例えばニードルバルブから構成される。また本実施形態においては吸気バルブ16はその閉止状態において内燃機関22の吸気ポート27を塞ぐようにして設けられている。また、吸気バルブ16はリフト量(開度)調整の可能なリフト量可変のバルブシステムによって駆動されていてもよいし、リフト量が固定されたバルブシステムによって駆動されていてもよい。   The intake valve 16 introduces intake air mixed with fresh air sent via the throttle valve 12 and recirculated exhaust gas sent via the EGR valve 14 from the intake pipe 28 to the combustion chamber 26 of the internal combustion engine 22. The intake valve 16 is constituted by a needle valve, for example. In the present embodiment, the intake valve 16 is provided so as to close the intake port 27 of the internal combustion engine 22 in the closed state. The intake valve 16 may be driven by a variable valve system that can adjust the lift (opening), or may be driven by a valve system with a fixed lift.

制御部20は情報を演算するための演算処理部や情報を記憶するための記憶部を備えている。演算処理部は吸気圧センサ18やスロットルバルブポジションセンサ24、EGRバルブポジションセンサ25等の計測機器から送られる情報を受け入れて演算処理し得るともに、スロットルバルブ12用のモータ21やEGRバルブ14用のモータ36等の周辺機器に対して開度指令を送信し得る機器から構成される。例えば制御部20はマイクロコンピュータを含んで構成される。このマイクロコンピュータは例えば車両に搭載される電子制御ユニット(ECU)から構成することが可能である。   The control unit 20 includes a calculation processing unit for calculating information and a storage unit for storing information. The arithmetic processing unit can receive and process information received from measuring instruments such as the intake pressure sensor 18, the throttle valve position sensor 24, and the EGR valve position sensor 25, and can also perform arithmetic processing on the motor 21 for the throttle valve 12 and the EGR valve 14. It is comprised from the apparatus which can transmit an opening degree instruction | command with respect to peripheral devices, such as the motor 36. FIG. For example, the control unit 20 includes a microcomputer. This microcomputer can be composed of, for example, an electronic control unit (ECU) mounted on a vehicle.

また、記憶部には新気量に対応するスロットルバルブ12の開度、還流排気量に対応するEGRバルブ14の開度等が関数またはマップ(テーブル、表)として記憶されている。さらに記憶部には内燃機関に対する駆動モード(エコモード、パワーモード等)に対応する空燃比及び目標EGR率や、後述するEGRバルブ14の開度制御に際して用いられる各種の数式等が記憶されている。記憶部はこれらの情報を記憶可能な機器であればよく、例えばROMやRAM、EPROM、ハードディスク装置等の1つまたは複数の組み合わせから構成することができる。   In addition, the opening degree of the throttle valve 12 corresponding to the fresh air amount, the opening degree of the EGR valve 14 corresponding to the recirculation exhaust amount, and the like are stored as a function or a map (table) in the storage unit. Further, the storage unit stores an air-fuel ratio and a target EGR rate corresponding to a drive mode (eco mode, power mode, etc.) for the internal combustion engine, various mathematical formulas used for opening control of the EGR valve 14 described later, and the like. . The storage unit may be any device capable of storing such information, and may be configured by one or a combination of a ROM, a RAM, an EPROM, a hard disk device, and the like.

制御部20によるEGRバルブ14の開度制御について説明する。制御部20は吸気バルブ16を通過する(内燃機関22に流入する)還流排気量に基づいてEGRバルブ14の開度を決定する。具体的には、吸気バルブ通過時の還流排気量からEGRバルブ14の開度に至るまでの関係を表す数式を作成し、この数式に基づいてEGRバルブ14の開度を決定する。   The opening degree control of the EGR valve 14 by the control unit 20 will be described. The control unit 20 determines the opening degree of the EGR valve 14 based on the recirculation exhaust amount that passes through the intake valve 16 (flows into the internal combustion engine 22). Specifically, a mathematical expression representing a relationship from the recirculation exhaust amount when passing through the intake valve to the opening degree of the EGR valve 14 is created, and the opening degree of the EGR valve 14 is determined based on this mathematical expression.

また、制御部20はEGRバルブ14の開度制御に際してモデル予測制御を行うことによりその開度を求める。モデル予測制御では時刻を制御ステップ単位に離散化した離散時間系において、操作量(入力変数、EGRバルブ制御においては開度や流量変化等)及び制御量(出力変数、EGRバルブ制御においては流量等)を用いて制御対象となる系の動的特性(ダイナミクス)や制約条件に関するモデル式を作成し、このモデル式に基づいて制御量が目標値に収束するまでの予測値を算出する。さらにこの予測値に応じて現在値の操作量(直近の操作量)を決定する。   The control unit 20 obtains the opening degree by performing model predictive control when the opening degree of the EGR valve 14 is controlled. In model predictive control, in a discrete time system in which the time is discretized in units of control steps, manipulated variables (input variables, opening and flow rate changes in EGR valve control, etc.) and controlled variables (output variables, flow rate in EGR valve control, etc.) ) Is used to create a model expression related to the dynamic characteristics (dynamics) and constraints of the system to be controlled, and a predicted value until the controlled variable converges to the target value is calculated based on this model expression. Further, the operation amount of the current value (the most recent operation amount) is determined according to the predicted value.

モデル予測制御の基本的な手順を以下に示す。また、モデル予測制御の模式図を図2に示す。
手順1:制御量の現在値を求める。
手順2:制御量の目標値である設定値を取得する。
手順3:予測区間[t+1,t+N]における目標軌道(参照軌道)を求める。目標軌道とは予測区間において制御量が設定値に到達する理想的な軌道である。目標軌道は制御の速応性とロバスト性(安定性)との両面を考慮して設定され、例えばむだ時間と一次遅れを利用したモデル式から目標軌道を求める。
手順4:予測区間[t+1,t+N]において制御量の予測値が参照軌道にできるだけ近づくように、操作量の最適値u(t)・・・u(t+N−1)を求める。
手順5:現在時の操作量をu(t)とする。
手順6:次の制御ステップt+1に移動して手順1に戻る
The basic procedure of model predictive control is shown below. Moreover, the schematic diagram of model prediction control is shown in FIG.
Procedure 1: Obtain the current value of the controlled variable.
Procedure 2: A set value that is a target value of the control amount is acquired.
Procedure 3: A target trajectory (reference trajectory) in the prediction interval [t + 1, t + N] is obtained. The target trajectory is an ideal trajectory where the control amount reaches the set value in the prediction interval. The target trajectory is set in consideration of both control responsiveness and robustness (stability). For example, the target trajectory is obtained from a model formula using dead time and first-order delay.
Procedure 4: The optimal value u (t)... U (t + N−1) of the manipulated variable is obtained so that the predicted value of the controlled variable is as close as possible to the reference trajectory in the prediction interval [t + 1, t + N].
Procedure 5: Let u (t) be the current operation amount.
Procedure 6: Move to the next control step t + 1 and return to Procedure 1.

手順4において、制御量の予測値を参照軌道にできるだけ近づけるための手法として例えば評価関数を用いる。例えば下記(数式1)のような評価関数Jを用いる。   In the procedure 4, for example, an evaluation function is used as a method for bringing the predicted value of the controlled variable as close as possible to the reference trajectory. For example, an evaluation function J as shown below (Formula 1) is used.

Figure 2013032732
Figure 2013032732

ここで、A、B、C、Dはそれぞれ係数を表している。また、z(t)、x(t)は制御量の初期値、Zrefは目標値(目標軌道の値)、Z、Xは制御量、Uは操作量を表している。また、Q、Rは加重行列(重み付け係数の行列)を表している。モデル予測制御においては評価関数Jを最小化する操作量Uが操作量の最適値となる。この場合において、評価関数Jの第1項は予測値と目標値とを近づける効果をもち、第2項は操作量の急激な変化を抑制する効果をもつ。 Here, A, B, C, and D represent coefficients. Also, z 0 (t) and x 0 (t) represent initial values of control amounts, Z ref represents target values (target trajectory values), Z and X represent control amounts, and U represents manipulated variables. Q and R represent weighting matrices (weighting coefficient matrices). In the model predictive control, the operation amount U that minimizes the evaluation function J is the optimum value of the operation amount. In this case, the first term of the evaluation function J has an effect of bringing the predicted value and the target value closer to each other, and the second term has an effect of suppressing a rapid change in the operation amount.

評価関数Jを最小化する操作量Uを求める手法の一つとして、例えば評価関数Jの操作量Uに関する勾配∇を求める方法がある。この方法を実行するに当たり、評価関数Jを下記(数式2)のようにUについてまとめた形に変形する。 As one method for obtaining the manipulated variable U for minimizing the evaluation function J, for example, there is a method for obtaining a gradient に 関 す るU related to the manipulated variable U of the evaluation function J. In executing this method, the evaluation function J is transformed into a form in which U is summarized as shown in the following (Formula 2).

Figure 2013032732
Figure 2013032732

ただし、H、F、Yは係数、P(t)はUに依存しない変数である。(数式2)について操作量Uに関する勾配∇を求める。具体的には下記(数式3)のようになる。 However, H, F, and Y are coefficients, and P (t) is a variable that does not depend on U. The gradient に 関 す るU related to the manipulated variable U is obtained for (Formula 2). Specifically, the following (Formula 3) is obtained.

Figure 2013032732
Figure 2013032732

(数式3)において∇=0となる操作量Uが評価関数Jに最小値を与える。つまりこのときの操作量Uが最適値となる。 In (Equation 3), the manipulated variable U that satisfies U U = 0 gives a minimum value to the evaluation function J. That is, the operation amount U at this time becomes an optimum value.

なお、操作量Uや制御量Xについて制約が与えられている場合があり、例えば操作量Uの取り得る値の範囲が定められている場合がある。この場合において、操作量Uの取り得る値の範囲(許容範囲)に∇=0となるUがない場合(最小点が許容領域内にない場合)が生じうる。このような場合においては二次計画法におけるラグランジュ乗数理論等を利用することによって許容領域内における最小値を求めることが可能となる。 In some cases, restrictions may be imposed on the operation amount U and the control amount X. For example, a range of values that can be taken by the operation amount U may be defined. In this case, there may be a case where there is no U that satisfies ∇ U = 0 in the range (allowable range) of the operation amount U (that is, the minimum point is not within the allowable region). In such a case, the minimum value in the allowable region can be obtained by using Lagrange multiplier theory in quadratic programming.

次に、EGRバルブ14の操作量を求めるためのモデル式を具体的に説明する。上述したようにEGRバルブ14は還流排気量を調整する手段であり、最終的な目的は内燃機関22に流入する、つまり吸気バルブ16を通過時の還流排気量を制御することにある。このことから、本実施形態ではEGRバルブ14の開度と吸気バルブ通過時の還流排気量との関係を定める式を作成する。   Next, a model formula for obtaining the operation amount of the EGR valve 14 will be specifically described. As described above, the EGR valve 14 is a means for adjusting the recirculation exhaust amount, and its final purpose is to control the recirculation exhaust amount when it flows into the internal combustion engine 22, that is, when it passes through the intake valve 16. Therefore, in the present embodiment, an equation is created that defines the relationship between the opening degree of the EGR valve 14 and the recirculation exhaust amount when passing through the intake valve.

ここで、EGRバルブ14の開度とEGRバルブ通過時の還流排気量とは後述する変換式により変換可能であることから、本実施形態ではEGRバルブ14の開度を主なパラメータとする代わりにEGRバルブ通過時の還流排気量を主なパラメータとして用いる。   Here, since the opening degree of the EGR valve 14 and the recirculation exhaust amount when passing through the EGR valve can be converted by a conversion formula described later, in this embodiment, instead of using the opening degree of the EGR valve 14 as a main parameter. The recirculation exhaust amount when passing through the EGR valve is used as a main parameter.

以上から、本実施形態においては、EGRバルブ14のダイナミクス(動的特性)のモデル式はEGRバルブ14を通過する還流排気量と吸気バルブ16を通過する還流排気量とを主なパラメータとして使用する。   As described above, in the present embodiment, the dynamics (dynamic characteristics) model equation of the EGR valve 14 uses the recirculation exhaust amount passing through the EGR valve 14 and the recirculation exhaust amount passing through the intake valve 16 as main parameters. .

制御部20の記憶部には、EGRバルブ14における動的特性式と吸気バルブ16における(内燃機関流入時における)動的特性式の2つの動的特性式が記憶されている。前者の動的特性式を(数式4)に示し、後者の動的特性式を(数式5)に示す。   The storage unit of the control unit 20 stores two dynamic characteristic formulas, that is, a dynamic characteristic formula for the EGR valve 14 and a dynamic characteristic formula for the intake valve 16 (at the time of inflow of the internal combustion engine). The former dynamic characteristic formula is shown in (Formula 4), and the latter dynamic characteristic formula is shown in (Formula 5).

Figure 2013032732
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Figure 2013032732
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ここで、(数式4)について、tは現在時、kは制御ステップ数(k=0,…N−1)、hは制御ステップ周期(例えば8ms)を表す。なお、本実施形態における制御ステップは制御部20がEGRバルブ14を駆動させるモータ36に開度指令を送るタイミングを指すものとする。また、MegrはEGRバルブ14を通過する還流排気量を表す。(数式4)においてはこのパラメータが制御量となる。δMegrはEGRバルブ14を通過する還流排気量の1ステップにおける流量変化を表す。(数式4)においてはこのパラメータが操作量となる。 Here, in (Expression 4), t represents the current time, k represents the number of control steps (k = 0,... N−1), and h represents the control step period (for example, 8 ms). In addition, the control step in this embodiment shall point out the timing which the control part 20 sends an opening degree command to the motor 36 which drives the EGR valve 14. M egr represents the recirculation exhaust amount passing through the EGR valve 14. In (Equation 4), this parameter is the controlled variable. δM egr represents a change in flow rate in one step of the recirculation exhaust amount passing through the EGR valve 14. In (Equation 4), this parameter is the manipulated variable.

また、(数式5)について、Megr cylは吸気バルブ16通過時の還流排気量を表す。また、d(t)はむだ時間、eは自然対数、T(t)は時定数を表す。 Further, regarding (Equation 5), M egr cyl represents the recirculation exhaust amount when passing through the intake valve 16. D (t) represents a dead time, e represents a natural logarithm, and T (t) represents a time constant.

(数式5)について説明する。EGRバルブ14を通過した還流排気が吸気バルブ16を通過するまでの様子を図3に示す。ここでは、現在時t0においてEGRバルブ14を通過した流量Megr(t0)の還流排気が吸気バルブ16に到達する(内燃機関22に流入する)までの様子が示されている。EGRバルブ14を通過した還流排気は排気還流管40及び吸気管28を経由して吸気バルブ16を通過する。このとき、吸気バルブ16を通過する還流排気量は時間的な遅れを伴って徐々に流量Megr(t)に近づく。この流量変化をむだ時間+一次遅れ系によって近似する。 (Formula 5) will be described. FIG. 3 shows how the recirculated exhaust gas that has passed through the EGR valve 14 passes through the intake valve 16. Here, a state in which the recirculated exhaust gas having a flow rate M egr (t0) that has passed through the EGR valve 14 at the current time t0 reaches the intake valve 16 (flows into the internal combustion engine 22) is shown. The recirculated exhaust gas that has passed through the EGR valve 14 passes through the intake valve 16 via the exhaust recirculation pipe 40 and the intake pipe 28. At this time, the recirculated exhaust amount passing through the intake valve 16 gradually approaches the flow rate M egr (t) with a time delay. This flow rate change is approximated by a dead time + first order lag system.

むだ時間d(t)は変化の起こらない時間であり、入力の影響が出力に反映されるまでの遅れを表している。また一次遅れ系は還流排気量が流量Megr(t0)に至るまでの増加率を定めるモデル式であり、具体的には自然対数eを用いて増加率は1−e−t/T(t0)となる。なお、本実施形態においてはむだ時間d(t)及び時定数T(t)を現在時tに応じて変化するパラメータとして表している。例えば内燃機関22の回転数が増加して吸気バルブ16の開閉サイクルが速くなった場合、内燃機関22に引き込まれる吸気量が増加する。これに伴ってむだ時間d(t)及び時定数T(t)は短縮される。本実施形態においては予め内燃機関22の回転数等とむだ時間及び時定数との対応関係を関数またはマップ(表、テーブル)の形式で記憶部に格納するとともに、制御ステップごとに現在時tに対応するむだ時間及び時定数を呼び出している。 The dead time d (t) is a time during which no change occurs, and represents a delay until the influence of the input is reflected in the output. The first-order lag system is a model formula that determines the rate of increase until the recirculated exhaust amount reaches the flow rate M egr (t0). Specifically, the rate of increase is 1−e −t / T (t0) using the natural logarithm e. ) In the present embodiment, the dead time d (t) and the time constant T (t) are represented as parameters that change according to the current time t. For example, when the rotational speed of the internal combustion engine 22 increases and the opening / closing cycle of the intake valve 16 becomes faster, the amount of intake air drawn into the internal combustion engine 22 increases. Along with this, the dead time d (t) and the time constant T (t) are shortened. In the present embodiment, the correspondence relationship between the rotational speed of the internal combustion engine 22 and the dead time and time constant is stored in the storage unit in the form of a function or a map (table, table) in advance and at the current time t for each control step. Calling the corresponding dead time and time constant.

このように、むだ時間+一次遅れ系によってモデル化された(数式5)において、右辺第1項は前回の制御ステップからの還流排気量の残りを表しており、第2項はEGRバルブ14から吸気バルブ16に到達した還流排気量を表している。   Thus, in the (Equation 5) modeled by the dead time + first-order lag system, the first term on the right side represents the remainder of the recirculation exhaust amount from the previous control step, and the second term is derived from the EGR valve 14. The amount of recirculated exhaust gas that has reached the intake valve 16 is represented.

また、EGRバルブ14通過時の還流排気量Megr及び内燃機関流入時の還流排気量Megr cylに関して下記(数式6)〜(数式8)の制約条件式を与える。 Further, the following conditional expressions (Formula 6) to (Formula 8) are given with respect to the recirculation exhaust amount M egr when passing through the EGR valve 14 and the recirculation exhaust amount M egr cyl when flowing into the internal combustion engine.

Figure 2013032732
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Figure 2013032732
Figure 2013032732

Figure 2013032732
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ここで、(数式6)について、Megr min、Megr maxはそれぞれEGRバルブ14通過時の還流排気量の最小値及び最大値を表している。さらにMegr min、Megr maxはそれぞれ下記(数式9)、(数式10)から求めることができる。 Here, regarding (Equation 6), M egr min and M egr max represent the minimum value and the maximum value of the recirculation exhaust amount when passing through the EGR valve 14, respectively. Further, M egr min and M egr max can be obtained from the following (Equation 9) and (Equation 10), respectively.

Figure 2013032732
Figure 2013032732

Figure 2013032732
Figure 2013032732

ここで、cmin、dminはそれぞれEGRバルブ14の開度が最小のときの係数を表し、cmax、dmaxはそれぞれEGRバルブ14の開度が最大のときの係数を表している。また、Pは吸気部の圧力を表している。これらの値は予め実測等により求めることができる。 Here, c min and d min each represent a coefficient when the opening degree of the EGR valve 14 is minimum, and c max and d max each represent a coefficient when the opening degree of the EGR valve 14 is maximum. P m represents the pressure in the intake section. These values can be obtained in advance by actual measurement or the like.

また、(数式7)について、βupperはEGR率の上限値を表している。例えば内燃機関の失火に至るおそれの高いEGR率が設定される。また、Mは吸気バルブ16を通過する全吸気量(新気+還流排気量)を表している。 In (Expression 7), β upper represents the upper limit value of the EGR rate. For example, an EGR rate that is likely to cause misfire of the internal combustion engine is set. Further, Mc represents the total intake amount (new air + recirculation exhaust amount) passing through the intake valve 16.

また、(数式8)について、δMegr min、δMegr maxはそれぞれEGRバルブ14通過時の還流排気量に対する1制御ステップ当たりの流量変化の最小値及び最大値を表している。さらにδMegr min、δMegr maxはそれぞれ下記(数式11)、(数式12)から求めることができる。 Further, in (Equation 8), δM egr min and δM egr max represent the minimum value and the maximum value of the flow rate change per control step with respect to the recirculation exhaust amount when passing through the EGR valve 14, respectively. Furthermore, δM egr min and δM egr max can be obtained from the following (Equation 11) and (Equation 12), respectively.

Figure 2013032732
Figure 2013032732

Figure 2013032732
Figure 2013032732

ここで、δcmin、δdminはそれぞれEGRバルブ14の最大閉じ速度に対応した係数の変化分を表し、δcmax、δdmaxはそれぞれ最大開き速度に対応した係数の変化分を表している。これらの値は予め実測等により求めることができる。 Here, δc min and δd min each represent a change in coefficient corresponding to the maximum closing speed of the EGR valve 14, and δc max and δd max each represent a change in coefficient corresponding to the maximum opening speed. These values can be obtained in advance by actual measurement or the like.

さらに、動的特性式である(数式4)、(数式5)に関する評価関数Jを下記(数式13)に示す。   Furthermore, an evaluation function J relating to (Formula 4) and (Formula 5), which are dynamic characteristic formulas, is shown in the following (Formula 13).

Figure 2013032732
Figure 2013032732

ここで、q、rは重み付け係数を表し、Megr cyl,refは吸気バルブ16を通過する還流排気量の目標値を表している。 Here, q and r represent weighting coefficients, and M egr cyl, ref represents a target value of the recirculation exhaust amount that passes through the intake valve 16.

制御部20は、制約条件式(数式6〜8)による制約のもと、動的特性式(数式4、5)に関する評価関数(数式13)の値(評価値)を最小にするような操作量δMegrの最適値を求める。操作量の最適値は上述した(数式2)のように評価関数を操作量についてまとめた形に変形することで求めることができる。以下、(数式13)を変形する手順について説明する。 The control unit 20 performs an operation that minimizes the value (evaluation value) of the evaluation function (Equation 13) related to the dynamic characteristic equations (Equations 4 and 5) under the restriction by the constraint condition equations (Equations 6 to 8). The optimum value of the quantity δM egr is determined. The optimum value of the manipulated variable can be obtained by transforming the evaluation function into a form in which the manipulated variable is summarized as in (Expression 2) described above. Hereinafter, a procedure for modifying (Formula 13) will be described.

(数式13)をベクトル表示に直すと下記(数式14)のようになる。   When (Formula 13) is converted into a vector display, the following (Formula 14) is obtained.

Figure 2013032732
Figure 2013032732

(数式14)のベクトルZ、Zref、Q、U、Rはそれぞれ下記(数式15)〜(数式19)のように示される。 The vectors Z, Z ref , Q, U, and R in (Expression 14) are respectively expressed as (Expression 15) to (Expression 19) below.

Figure 2013032732
Figure 2013032732

Figure 2013032732
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Figure 2013032732
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Figure 2013032732
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Figure 2013032732
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また、動的特性式である(数式4)、(数式5)をベクトル表示すると下記(数式20)、(数式21)のように表される。   Further, when dynamic expressions (Formula 4) and (Formula 5) are displayed as vectors, they are expressed as (Formula 20) and (Formula 21) below.

Figure 2013032732
Figure 2013032732

Figure 2013032732
Figure 2013032732

(数式20)においてx(t)は初期値を表し、x(t)=Megr(t−h)である。また、(数式21)においてz(t)は初期値を表し、z(t)=Megr cyl(t+d(t))である。また、(数式20)のベクトルX、A、B、及び(数式21)のベクトルC(t)、D(t)は下記(数式22)〜(数式25)のように表される。 In (Equation 20), x 0 (t) represents an initial value, and x 0 (t) = M egr (t−h). In (Expression 21), z 0 (t) represents an initial value, and z 0 (t) = M egr cyl (t + d (t)). Further, the vectors X, A, and B in (Expression 20) and the vectors C (t) and D (t) in (Expression 21) are expressed as the following (Expression 22) to (Expression 25).

Figure 2013032732
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Figure 2013032732
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Figure 2013032732
Figure 2013032732

Figure 2013032732
Figure 2013032732

また、制約条件式である(数式6)〜(数式8)はそれぞれ下記(数式26)〜(数式28)のようにベクトル表示される。   Further, (Expression 6) to (Expression 8) which are constraint condition expressions are displayed as vectors as shown in (Expression 26) to (Expression 28) below, respectively.

Figure 2013032732
Figure 2013032732

Figure 2013032732
Figure 2013032732

Figure 2013032732
Figure 2013032732

(数式26)におけるXmin及びXmaxは下記(数式29)のように表される。 X min and X max in (Equation 26) are expressed as (Equation 29) below.

Figure 2013032732
Figure 2013032732

また、(数式27)におけるUmin及びUmaxは下記(数式30)のように表される。 U min and U max in (Equation 27) are expressed as (Equation 30) below.

Figure 2013032732
Figure 2013032732

また、(数式28)におけるZupperは下記(数式31)のように表される。 Also, Z upper in (Equation 28) is expressed as (Equation 31) below.

Figure 2013032732
Figure 2013032732

次に、ベクトル表示に直した評価関数(数式14)をUについてまとめる。動的特性式である(数式20)、(数式21)より、(数式14)は下記(数式32)のように変形できる。   Next, the evaluation function (formula 14) converted to vector display is summarized for U. From (Equation 20) and (Equation 21) which are dynamic characteristic equations, (Equation 14) can be transformed as (Equation 32) below.

Figure 2013032732
Figure 2013032732

ここで、ベクトルH(t)、P(t)、F(t)、Y(t)はそれぞれ下記(数式33)のように表される。   Here, the vectors H (t), P (t), F (t), and Y (t) are each expressed as (Equation 33) below.

Figure 2013032732
Figure 2013032732

さらに、制約条件式(数式26〜28)を(数式20)、(数式21)を用いてUについてまとめると下記(数式34)のように表される。   Further, when the constraint condition expressions (Expressions 26 to 28) are summarized for U using (Expression 20) and (Expression 21), they are expressed as (Expression 34) below.

Figure 2013032732
Figure 2013032732

ここで、ベクトルG(t)、W(t)、E(t)は下記(数式35)のように表される。   Here, the vectors G (t), W (t), and E (t) are expressed as the following (Formula 35).

Figure 2013032732
Figure 2013032732

結局、EGRバルブ14に関するモデル式は下記(数式36)のようにまとめられる。制御部20は(数式36)による演算を制御ステップごとに実行し、最適解Uを求める。   Eventually, the model formula relating to the EGR valve 14 is summarized as the following (Formula 36). The control unit 20 executes the calculation according to (Equation 36) for each control step, and obtains the optimum solution U.

Figure 2013032732
Figure 2013032732

最適解Uから現在時tにおける操作量δMegr(t)が求められる。制御部20は、当該操作量を変換式である下記(数式37)を用いてEGRバルブ14の開度Aegr(t)に変換する。 From the optimal solution U, the operation amount δM egr (t) at the current time t is obtained. The control unit 20 converts the manipulated variable into the opening degree A egr (t) of the EGR valve 14 using the following equation (Equation 37) which is a conversion equation.

Figure 2013032732
Figure 2013032732

このように本実施形態においては制約条件を陽に考慮していることから、従来よりもエンジンが失火に陥る可能性を高精度に回避することができる。したがって、従来よりもEGR率の上限値βupperに近い値を用いることが可能となり、高EGR率での制御が可能となる。 As described above, in the present embodiment, since the constraint condition is explicitly considered, it is possible to avoid the possibility that the engine will misfire more accurately than in the past. Therefore, a value closer to the upper limit value β upper of the EGR rate than before can be used, and control at a high EGR rate is possible.

ここで、Pは吸気部圧力を表し、吸気圧センサ18等により求めることができる。Φ(P)は吸気部圧力Pをパラメータとする関数を表している。この関数は予め実測等により取得できる。また、(数式37)を用いる代わりに(数式37)を線形近似した下記(数式38)を用いてもよい。 Here, P m represents the intake pressure and can be obtained by the intake pressure sensor 18 or the like. Φ (P m ) represents a function having the intake portion pressure P m as a parameter. This function can be acquired in advance by actual measurement or the like. Further, instead of using (Equation 37), the following (Equation 38) obtained by linearly approximating (Equation 37) may be used.

Figure 2013032732
Figure 2013032732

(数式38)において、a、b、γは任意の定数であり、実測等により求めることができる。また、Peは排気部圧力を示し、排気側に圧力センサ等を設けることにより求めることができる。 In (Equation 38), a 1 , b 1 , and γ are arbitrary constants and can be obtained by actual measurement or the like. Pe represents the exhaust pressure and can be obtained by providing a pressure sensor or the like on the exhaust side.

なお、(数式36)において現在時(t)に依存する係数としてH(t)、F(t),Y(t)、G(t)、W(t)、E(t)がある。つまり、制御部20は可変係数H(t)、F(t),Y(t)、G(t)、W(t)、E(t)を持つ最適化問題を解くこととなる。可変係数は制御ステップごとに値を更新する必要があり、その分の演算負荷が制御部20に課せられることになる。そこで、演算負荷の軽減を図るために可変係数を現在時(t)に依存しない定係数に変換するモデル予測制御を行ってもよい。   In Equation 36, there are H (t), F (t), Y (t), G (t), W (t), and E (t) as coefficients that depend on the current time (t). That is, the control unit 20 solves an optimization problem having variable coefficients H (t), F (t), Y (t), G (t), W (t), and E (t). The variable coefficient needs to be updated for each control step, and the calculation load corresponding to that is imposed on the control unit 20. Therefore, in order to reduce the calculation load, model prediction control may be performed in which the variable coefficient is converted into a constant coefficient that does not depend on the current time (t).

以下の実施形態においては、吸気バルブ16を通過する還流排気量Megr cylを制御量としてその変化量δMegr cylを操作量とする動的特性式及び制約条件式及び評価関数に基づいたモデル予測制御を行う。EGRバルブ14から吸気バルブ16に至るまでの還流排気量の流れを考慮しないモデルのため、上述したむだ時間d(t)及び時定数T(t)をモデル式から省略する(陰に含める)ことができる。その結果、現在時(t)に依存する係数がなくなり、評価関数を定係数のみにすることが可能となる。 In the following embodiment, model prediction based on a dynamic characteristic equation, a constraint condition equation, and an evaluation function with a recirculation exhaust amount M egr cyl passing through the intake valve 16 as a control amount and a change amount δM egr cyl as an operation amount. Take control. Since the model does not consider the flow of the recirculated exhaust gas flow from the EGR valve 14 to the intake valve 16, the dead time d (t) and the time constant T (t) described above are omitted from the model formula (included in the shade). Can do. As a result, there is no coefficient depending on the current time (t), and it is possible to make the evaluation function only a constant coefficient.

内燃機関22に流入する還流排気量の動的特性式を下記(数式39)に示す。   A dynamic characteristic equation of the recirculation exhaust amount flowing into the internal combustion engine 22 is shown in the following (Equation 39).

Figure 2013032732
Figure 2013032732

また、上記動的特性式に関する評価関数Jを下記(数式40)に示す。   Moreover, the evaluation function J regarding the said dynamic characteristic formula is shown in the following (Formula 40).

Figure 2013032732
Figure 2013032732

さらに、制御量Megr cyl及び操作量δMegr cylの制約条件式を下記数式41に示す。 Further, a constraint condition expression of the control amount M egr cyl and the operation amount δM egr cyl is shown in the following Expression 41.

Figure 2013032732
Figure 2013032732

ここで、上記(数式41)の第1式及び第2式は、EGRバルブ14に対する制約条件を吸気バルブ16に対する制約条件に変換することによって得られる。つまり、EGRバルブ14通過時の還流排気量に対する最小値δMegr min及び最大値δMegr maxを表す(数式11)とEGRバルブ14通過時の還流排気の変化量に対する最小値δMegr min及び最大値δMegr maxを表す(数式12)を下記(数式42)を用いて変換する。 Here, the first expression and the second expression of the above (Expression 41) are obtained by converting the constraint condition for the EGR valve 14 into the constraint condition for the intake valve 16. That is, the minimum value δM egr min and the maximum value δM egr max with respect to the recirculation exhaust amount when passing through the EGR valve 14 are expressed (Formula 11), and the minimum value δM egr min and the maximum value with respect to the change amount of the recirculation exhaust when passing through the EGR valve 14. (Expression 12) representing δM egr max is converted using the following (Expression 42).

Figure 2013032732
Figure 2013032732

さらに、評価関数(数式40)をベクトル表示したときの数式を下記数式43に示す。   Furthermore, a mathematical formula when the evaluation function (Mathematical formula 40) is displayed in vector is shown in the following mathematical formula 43.

Figure 2013032732
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さらに、動的特性式(数式39)及び制約条件式(数式41)をベクトル表示したものをそれぞれ下記(数式44)、(数式45)に示す。   Further, the dynamic characteristic equation (Equation 39) and the constraint condition equation (Equation 41) in vector form are shown in the following (Equation 44) and (Equation 45), respectively.

Figure 2013032732
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Figure 2013032732
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ここで、(数式43)〜(数式45)においてはモデル式の変更に伴い、ベクトルX、Uの定義を上記(数式18)、(数式22)、(数式29)、(数式30)とは異なるものにしている。具体的にはベクトルXは下記(数式46)のように定義され、ベクトルUは下記(数式47)のように定義される。   Here, in (Equation 43) to (Equation 45), the definitions of the vectors X and U are changed to the above (Equation 18), (Equation 22), (Equation 29), and (Equation 30) in accordance with the change of the model equation. It is different. Specifically, the vector X is defined as shown below (Formula 46), and the vector U is defined as shown below (Formula 47).

Figure 2013032732
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Figure 2013032732
Figure 2013032732

次に、評価関数J(数式43)を操作量Uについてまとめる。(数式44)を用いて(数式43)は下記(数式48)のように変形できる。   Next, the evaluation function J (Formula 43) is summarized for the manipulated variable U. Using (Equation 44), (Equation 43) can be transformed as (Equation 48) below.

Figure 2013032732
Figure 2013032732

(数式48)において、ベクトルH、F、Y、P(t)を下記(数式49)に示す。   In (Formula 48), vectors H, F, Y, and P (t) are shown in the following (Formula 49).

Figure 2013032732
Figure 2013032732

さらに、制約条件式(数式45)をUについてまとめる。具体的には、(数式45)を(数式44)を用いて下記(数式50)のように変形する。   Further, the constraint condition formula (Formula 45) is summarized for U. Specifically, (Equation 45) is transformed into (Equation 50) below using (Equation 44).

Figure 2013032732
Figure 2013032732

(数式50)において、ベクトルG、W、Eを下記(数式51)に示す。   In (Formula 50), the vectors G, W, and E are shown in the following (Formula 51).

Figure 2013032732
Figure 2013032732

結局、EGRバルブ14に関するモデル式は下記(数式52)のようにまとめられる。   Eventually, the model formula relating to the EGR valve 14 is summarized as the following (Formula 52).

Figure 2013032732
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(数式52)に示されているように、係数H、F、Y、G、W、Eはすべて定係数として表されている。したがって、制御ステップごとに係数を更新する必要がなくなり、演算負荷が軽減される。制御部20は(数式52)による演算を制御ステップごとに実行し、
(数式52)の値(評価値)を最小とする操作量の最適解を求める。さらに最適解から現在時tの操作量を取得する。(数式52)の最適解は吸気バルブ通過時の還流排気量の変化量δMegr cylであるため、制御部20はこれをEGRバルブ14を通過する還流排気流の変化量δMegrに変換する。具体的にはMegr cylとδMegrの関係を表す(数式4)、(数式5)を用いてδMegr cyl(t)をδMegr(t)に変換する。さらに制御部20は(数式37)または(数式38)を用いてδMegr(t)をEGRバルブ14の開度Aegr(t)に変換する。
As shown in (Formula 52), the coefficients H, F, Y, G, W, and E are all expressed as constant coefficients. Therefore, it is not necessary to update the coefficient for each control step, and the calculation load is reduced. The control unit 20 executes the calculation according to (Equation 52) for each control step,
An optimum solution of the operation amount that minimizes the value (evaluation value) of (Formula 52) is obtained. Further, the operation amount at the current time t is acquired from the optimal solution. Since the optimal solution of (Equation 52) is the change amount δM egr cyl of the recirculation exhaust amount when passing through the intake valve, the control unit 20 converts this to the change amount δM egr of the recirculation exhaust flow passing through the EGR valve 14. Specifically, δM egr cyl (t) is converted to δM egr (t) using (Equation 4) and (Equation 5) representing the relationship between M egr cyl and δM egr . Furthermore the control unit 20 converts the (Formula 37) or the opening A egr of the EGR valve 14 .DELTA.M egr (t) using (Equation 38) (t).

10 制御装置、12 スロットルバルブ、14 EGRバルブ、16 吸気バルブ、18 吸気圧センサ、20 制御部、21 スロットルバルブ用モータ、22 内燃機関、24 スロットルバルブポジションセンサ、25 EGRバルブポジションセンサ、26 燃焼室、27 吸気ポート、28 吸気管、29 空気取り入れ口、30 エアクリーナ、32 サージタンク、36 EGRバルブ用モータ、38 排気管、40 排気還流管、42 EGRクーラー、44 触媒器。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Control apparatus, 12 Throttle valve, 14 EGR valve, 16 Intake valve, 18 Intake pressure sensor, 20 Control part, 21 Throttle valve motor, 22 Internal combustion engine, 24 Throttle valve position sensor, 25 EGR valve position sensor, 26 Combustion chamber , 27 Intake port, 28 Intake pipe, 29 Air intake, 30 Air cleaner, 32 Surge tank, 36 EGR valve motor, 38 Exhaust pipe, 40 Exhaust recirculation pipe, 42 EGR cooler, 44 Catalyzer.

Claims (3)

内燃機関の排気の一部を吸気に混合させる還流排気量を調整するEGRバルブと、
前記内燃機関に流入する吸気量を調整する吸気バルブ通過時の還流排気量の予測値を前記EGRバルブ通過時の還流排気量及びその変化量に基づいて算出し、前記吸気バルブ通過時の還流排気量の目標値と前記予測値との差異と前記EGRバルブ通過時の還流排気の変化量とに基づいて求められる評価値を算出し、前記EGRバルブ通過時の還流排気量及びその変化量と前記吸気バルブ通過時の還流排気量に関する制約条件を満たす範囲における前記評価値の最小値を与える前記EGRバルブ通過時の還流排気の変化量を最適値として取得するとともに、前記最適値に基づいて前記EGRバルブの開度を決定する制御部と、
を備えることを特徴とするEGRバルブ制御装置。
An EGR valve for adjusting a recirculation exhaust amount for mixing a part of the exhaust gas of the internal combustion engine with the intake air;
A predicted value of the recirculation exhaust amount when the intake valve passes to adjust the intake amount flowing into the internal combustion engine is calculated based on the recirculation exhaust amount when the EGR valve passes and its change amount, and the recirculation exhaust when the intake valve passes An evaluation value calculated based on a difference between the target value of the amount and the predicted value and a change amount of the recirculated exhaust gas when passing through the EGR valve is calculated, and the recirculated exhaust gas amount and its change amount when passing through the EGR valve A change amount of the recirculation exhaust gas that passes through the EGR valve that gives a minimum value of the evaluation value in a range that satisfies a constraint condition regarding the recirculation exhaust gas amount when the intake valve passes is acquired as an optimal value, and the EGR is based on the optimal value A controller that determines the opening of the valve;
An EGR valve control device comprising:
内燃機関の排気の一部を吸気に混合させる還流排気量を調整するEGRバルブと、
前記内燃機関に流入する吸気量を調整する吸気バルブ通過時の還流排気量及びその変化量に基づいて前記吸気バルブ通過時の還流排気量の予測値を算出し、前記吸気バルブ通過時の還流排気量の目標値と前記予測値との差異と前記変化量とに基づいて求められる評価値を算出し、前記EGRバルブ通過時の還流排気量及びその変化量に対する第1の制約条件を前記吸気バルブ通過時の還流排気量及びその変化量に対する第2の制約条件に変換し、前記第2の制約条件を満たす範囲における前記評価値の最小値を与える前記吸気バルブ通過時の還流排気の変化量を最適値として取得するとともに、前記最適値を前記EGRバルブ通過時の還流排気量の変化量に変換し、変換された前記EGRバルブ通過時の還流排気量の変化量に基づいて前記EGRバルブの開度を決定する制御部と、
を備えることを特徴とするEGRバルブ制御装置。
An EGR valve for adjusting a recirculation exhaust amount for mixing a part of the exhaust gas of the internal combustion engine with the intake air;
A predicted value of the recirculation exhaust amount when the intake valve passes is calculated based on the recirculation exhaust amount when the intake valve passes to adjust the intake amount flowing into the internal combustion engine and the change amount thereof, and the recirculation exhaust when the intake valve passes An evaluation value obtained based on the difference between the target value of the amount and the predicted value and the amount of change is calculated, and a first restriction condition on the amount of recirculated exhaust gas and the amount of change when passing through the EGR valve is defined as the intake valve. The amount of change in the recirculated exhaust gas when passing through the intake valve is converted into a second constraint condition for the recirculated exhaust gas amount during passage and the amount of change thereof, and gives the minimum value of the evaluation value in the range satisfying the second constraint condition. The optimal value is acquired, and the optimal value is converted into a change amount of the recirculation exhaust amount when passing through the EGR valve. Based on the converted change amount of the recirculation exhaust amount when passing through the EGR valve, the E value is changed. And a control unit which determines the degree of opening of the R valves,
An EGR valve control device comprising:
内燃機関の排気の一部を吸気に混合させる還流排気量を調整するEGRバルブと、
前記EGRバルブの開度を求めるために生成された可変係数を含む最適化問題の前記可変係数を定係数に変換するとともに、前記変換後の最適化問題を解くことで前記EGRバルブの開度を求める制御部と、
を備えることを特徴とするEGRバルブ制御装置。
An EGR valve for adjusting a recirculation exhaust amount for mixing a part of the exhaust gas of the internal combustion engine with the intake air;
The variable coefficient of the optimization problem including the variable coefficient generated to obtain the opening degree of the EGR valve is converted into a constant coefficient, and the opening degree of the EGR valve is determined by solving the optimization problem after the conversion. The desired control unit;
An EGR valve control device comprising:
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