JP2014159756A - Control device for internal combustion engine - Google Patents

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聡 田中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device for an internal combustion engine having an auxiliary air supply passage and an auxiliary air adjusting valve, and capable of cooperatively controlling a throttle valve and the auxiliary air adjusting valve in an internal combustion engine having an EGR device for taking EGR gas from the downstream side of a turbine and supplying it from the upstream side of a compressor and an electronic control type throttle valve.SOLUTION: An engine 10 comprises: an electronic control type throttle valve 40 provided in an intake passage 11; an EGR device 31; an auxiliary air supply passage 46 bypassing the throttle valve 40 and capable of supplying auxiliary air to a combustion chamber 14; and an auxiliary air adjusting valve 48. A target auxiliary air flow rate is calculated, and an opening of the auxiliary air adjusting valve 48 is operated on the basis of the target auxiliary air flow rate. Further, a target throttle flow rate is calculated, and an opening of the throttle valve 40 is operated on the basis of the difference between the target throttle flow rate and the target auxiliary air flow rate.

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.

従来、例えば特開平9−209798号公報に開示されているように、排気還流(以下、EGRという。)装置を備えた内燃機関が知られている。このEGR装置は、EGRガスを吸気管へ送るためのEGR通路と、そのEGRガスの量を調節するためのEGRバルブとで構成されている。そして、この内燃機関では、運転状態に応じて最適なEGR量を供給するために、EGRバルブの開度の制御が行われている。具体的には、吸入空気量及びスロットル開度等の各種パラメータに基づいてEGR量が算出され、そのEGR量に応じてEGRバルブの開度が設定される。これにより、EGR量とEGR量も含めた吸入空気量との比率であるEGR率が、運転状態の変化に応じて最適に設定される。   2. Description of the Related Art Conventionally, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-209798, an internal combustion engine provided with an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) device is known. This EGR device includes an EGR passage for sending EGR gas to an intake pipe, and an EGR valve for adjusting the amount of the EGR gas. In this internal combustion engine, the opening degree of the EGR valve is controlled in order to supply the optimum amount of EGR according to the operating state. Specifically, the EGR amount is calculated based on various parameters such as the intake air amount and the throttle opening, and the opening of the EGR valve is set according to the EGR amount. As a result, the EGR rate, which is the ratio between the EGR amount and the intake air amount including the EGR amount, is optimally set according to changes in the operating state.

また、上記の内燃機関には、補助空気供給通路が設けられている。この補助空気供給通路は、スロットルバルブをバイパスするように設けられている。さらに、この補助空気供給通路内には、補助空気の量を調節するための補助空気調節バルブが設けられている。この補助空気調節バルブは、上記内燃機関における失火を未然に防止するために制御される。例えば、高負荷でEGR率の高い運転状態から急減速して低負荷に移行した場合、EGRバルブ自体の作動遅れと吸気通路内に残っている移行前のEGRガスの影響で、燃焼室内に過剰なEGR率の吸気が供給される。この結果、燃焼室内の酸素濃度が低下し、失火の原因となることがある。そこで、上記の内燃機関では、まずスロットル開度の変化量に基づいて急減速状態が検出される。その後、速やかに補助空気調節バルブが開いて新気が供給され、EGR率が過剰に増加するのを抑制している。   Further, the internal combustion engine is provided with an auxiliary air supply passage. The auxiliary air supply passage is provided so as to bypass the throttle valve. Further, an auxiliary air adjustment valve for adjusting the amount of auxiliary air is provided in the auxiliary air supply passage. This auxiliary air control valve is controlled in order to prevent misfire in the internal combustion engine. For example, when the engine is suddenly decelerated from an operating state with a high load and a high EGR rate and the engine shifts to a low load, the EGR valve itself is delayed and the EGR gas before the transition remaining in the intake passage affects the combustion chamber. The intake air with the correct EGR rate is supplied. As a result, the oxygen concentration in the combustion chamber decreases, which may cause misfire. Therefore, in the internal combustion engine described above, a sudden deceleration state is first detected based on the amount of change in the throttle opening. Thereafter, the auxiliary air control valve is quickly opened and fresh air is supplied to suppress an excessive increase in the EGR rate.

特開平9−209798号公報JP-A-9-209798

ところで、内燃機関のスロットルバルブには電子制御式のものがある。電子制御式のスロットルバルブを設けた内燃機関では、補助空気を燃焼室に供給する場合、一般的にスロットルバルブが用いられる。このため、通常は補助空気供給通路と補助空気調節バルブとを備えていない。また、過給機を備えた内燃機関において、タービンの下流からEGRガスを取ってコンプレッサの上流から供給するEGR装置を備えたものがある。ここで、電子制御式のスロットルバルブとこのEGR装置とを備えた内燃機関において、補助空気を供給するための制御をスロットルバルブにより行うとする。しかしながら、このような内燃機関においてEGRガスが供給されているとき、スロットルバルブの上流の吸気はEGRガスを含んでいるため、新気のみを供給することができない。この結果、急減速してEGR率が過剰になった場合に新気の供給が行えず、燃焼が不安定になることが懸念される。   Incidentally, there are electronically controlled throttle valves for internal combustion engines. In an internal combustion engine provided with an electronically controlled throttle valve, a throttle valve is generally used when supplying auxiliary air to the combustion chamber. For this reason, the auxiliary air supply passage and the auxiliary air control valve are usually not provided. Some internal combustion engines equipped with a supercharger include an EGR device that takes EGR gas from the downstream of the turbine and supplies it from the upstream of the compressor. Here, in an internal combustion engine equipped with an electronically controlled throttle valve and the EGR device, control for supplying auxiliary air is performed by the throttle valve. However, when EGR gas is supplied in such an internal combustion engine, the intake air upstream of the throttle valve contains EGR gas, so that only fresh air cannot be supplied. As a result, there is a concern that when the vehicle decelerates rapidly and the EGR rate becomes excessive, fresh air cannot be supplied and combustion becomes unstable.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、タービンの下流からEGRガスを取ってコンプレッサの上流から供給するEGR装置と電子制御式のスロットルバルブとを備えた内燃機関において、補助空気供給通路と補助空気調節バルブとを備え、スロットルバルブと補助空気調節バルブとを協調制御することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. In an internal combustion engine including an EGR device that takes EGR gas from the downstream of a turbine and supplies the EGR gas from the upstream of a compressor, and an electronically controlled throttle valve. Another object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that includes an auxiliary air supply passage and an auxiliary air adjustment valve, and that can control the throttle valve and the auxiliary air adjustment valve in a coordinated manner.

第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気通路に設けられたタービンと吸気通路に設けられたコンプレッサとを有するターボチャージャと、
前記コンプレッサの下流の吸気通路内に設けられる電子制御式のスロットルバルブと、
前記タービンより下流の排気通路と前記コンプレッサより上流の吸気通路とを接続するEGR通路を介して排気の一部を前記内燃機関の燃焼室に戻すEGR装置と、
前記スロットルバルブをバイパスして前記内燃機関の燃焼室に補助空気を供給可能にする補助空気供給通路と、
前記補助空気供給通路内に設けられる補助空気調節バルブと、を備える内燃機関の制御装置において、
目標補助空気流量を算出する目標補助空気流量算出手段と、
前記目標補助空気流量に基づいて、前記補助空気調節バルブの開度を操作する補助空気調節バルブ操作手段と、
目標スロットル流量を算出する目標スロットル流量算出手段と、
前記目標スロットル流量と前記目標補助空気流量との差分に基づいて、前記スロットルバルブの開度を操作するスロットルバルブ操作手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a control device for an internal combustion engine,
A turbocharger having a turbine provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and a compressor provided in an intake passage;
An electronically controlled throttle valve provided in an intake passage downstream of the compressor;
An EGR device that returns part of the exhaust gas to the combustion chamber of the internal combustion engine via an EGR passage that connects an exhaust passage downstream from the turbine and an intake passage upstream from the compressor;
An auxiliary air supply passage that bypasses the throttle valve and can supply auxiliary air to the combustion chamber of the internal combustion engine;
An internal combustion engine control device comprising: an auxiliary air control valve provided in the auxiliary air supply passage;
Target auxiliary air flow rate calculating means for calculating the target auxiliary air flow rate;
An auxiliary air control valve operating means for operating the opening of the auxiliary air control valve based on the target auxiliary air flow rate;
Target throttle flow rate calculating means for calculating the target throttle flow rate;
Throttle valve operating means for operating the throttle valve opening based on the difference between the target throttle flow rate and the target auxiliary air flow rate;
It is characterized by providing.

また、第2の発明は、第1の発明において、
前記目標補助空気流量算出手段は、
吸気通路から供給された吸入空気量と前記EGR装置から送られたEGR量とから、前記スロットルバルブの上流におけるEGR率であるスロットルバルブ上流EGR率を算出するスロットルバルブ上流EGR率算出手段と、
前記スロットルバルブ上流EGR率が失火しない最大のEGR率を基礎に設定された上限EGR率より大きい場合に、燃焼室内に供給される空気のEGR率が前記上限EGR率以下になるように目標補助空気流量を設定する設定手段と、
を含むことを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
The target auxiliary air flow rate calculation means is
Throttle valve upstream EGR rate calculation means for calculating a throttle valve upstream EGR rate, which is an EGR rate upstream of the throttle valve, from an intake air amount supplied from the intake passage and an EGR amount sent from the EGR device;
When the throttle valve upstream EGR rate is larger than the upper limit EGR rate set on the basis of the maximum EGR rate that does not misfire, the target auxiliary air is set so that the EGR rate of the air supplied into the combustion chamber is equal to or lower than the upper limit EGR rate. Setting means for setting the flow rate;
It is characterized by including.

第1の発明によれば、スロットルバルブと補助空気調節バルブとを協調制御できるため、筒内に供給される吸気の制御性が向上する。   According to the first invention, the throttle valve and the auxiliary air adjustment valve can be controlled in a coordinated manner, so that the controllability of the intake air supplied into the cylinder is improved.

第2の発明によれば、燃焼室内のEGR率が過剰に高くなることを抑制できるため、失火を未然に防止することができる。   According to the second invention, it is possible to prevent the EGR rate in the combustion chamber from becoming excessively high, so that misfire can be prevented in advance.

本発明の実施の形態1のシステムの構成を説明するための概略構成図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic block diagram for demonstrating the structure of the system of Embodiment 1 of this invention. 本実施形態における制御システム構成のブロック図を示している。The block diagram of the control system structure in this embodiment is shown.

実施の形態1.
[実施の形態1のシステム構成]
図1は、本発明の実施の形態1のシステムの構成を説明するための概略構成図である。図1に示すシステムは、エンジン10を備える。エンジン10は、火花点火式の4サイクルエンジンであって、EGR装置付きの過給エンジンである。通常、エンジン10は複数の気筒で構成されるが、図1には1つの気筒のみが描かれている。本発明において、気筒数及び気筒配置はこれに限定されるものではない。
Embodiment 1 FIG.
[System Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining the configuration of the system according to the first embodiment of the present invention. The system shown in FIG. 1 includes an engine 10. The engine 10 is a spark ignition type four-cycle engine, and is a supercharged engine with an EGR device. Normally, the engine 10 is composed of a plurality of cylinders, but only one cylinder is depicted in FIG. In the present invention, the number of cylinders and the cylinder arrangement are not limited thereto.

本実施形態における過給機23には、排気を利用して吸気を圧縮するターボチャージャを採用している。過給機23は、吸気通路11に設けられるコンプレッサ24と、排気通路13に設けられるタービン22とが軸を介在して連結される構造をとっている。   The turbocharger 23 in the present embodiment employs a turbocharger that compresses intake air using exhaust gas. The supercharger 23 has a structure in which a compressor 24 provided in the intake passage 11 and a turbine 22 provided in the exhaust passage 13 are connected via a shaft.

エンジン10の燃焼室14には、吸気通路11が接続されている。燃焼室14と吸気通路11との接続部には、吸気弁16が設けられている。吸気通路11は、その入口にエアクリーナ26を備えている。エアクリーナ26の下流には、コンプレッサ24が設けられている。コンプレッサ24の下流には、インタークーラ38が設けられている。インタークーラ38の下流には、吸気の供給量を調節するためにスロットルバルブ40が設けられている。ここで、吸気通路11を流れる吸気の説明をする。エアクリーナ26から吸入された吸気は、コンプレッサ24により圧縮された後、インタークーラ38により冷却される。インタークーラ38により冷却された吸気は、スロットルバルブ40を通過した後、吸気通路11の一部である吸気マニホールド42に流入する。そして、吸気マニホールド42に流入した吸気は、吸気弁16が開弁することで、吸気マニホールド42から燃焼室14内へ取り込まれる。   An intake passage 11 is connected to the combustion chamber 14 of the engine 10. An intake valve 16 is provided at a connection portion between the combustion chamber 14 and the intake passage 11. The intake passage 11 includes an air cleaner 26 at the inlet thereof. A compressor 24 is provided downstream of the air cleaner 26. An intercooler 38 is provided downstream of the compressor 24. A throttle valve 40 is provided downstream of the intercooler 38 to adjust the amount of intake air supplied. Here, the intake air flowing through the intake passage 11 will be described. The intake air drawn from the air cleaner 26 is compressed by the compressor 24 and then cooled by the intercooler 38. The intake air cooled by the intercooler 38 passes through the throttle valve 40 and then flows into the intake manifold 42 that is a part of the intake passage 11. The intake air flowing into the intake manifold 42 is taken into the combustion chamber 14 from the intake manifold 42 when the intake valve 16 is opened.

また、燃焼室14には、排気通路13が接続されている。燃焼室14と排気通路13の接続部には、排気弁18が設けられている。排気弁18が開弁することで、燃焼室14内で発生した排気が排気通路13に排出される。そして、排出された排気によりタービン22が回転する。タービン22が回転することにより、軸を介してコンプレッサ24が回転して過給が行われている。   An exhaust passage 13 is connected to the combustion chamber 14. An exhaust valve 18 is provided at the connection between the combustion chamber 14 and the exhaust passage 13. When the exhaust valve 18 is opened, the exhaust gas generated in the combustion chamber 14 is discharged to the exhaust passage 13. Then, the turbine 22 is rotated by the discharged exhaust gas. When the turbine 22 rotates, the compressor 24 rotates through the shaft, and supercharging is performed.

本実施形態におけるEGR装置31は、EGR通路29、EGRクーラ30、及びEGRバルブ32から構成されている。EGR通路29は、タービン22の下流の排気通路13を入口とし、コンプレッサ24の上流の吸気通路11を出口とするように設けられている。EGR通路29内には、排気を冷却するためのEGRクーラ30が設けられている。さらに、EGR通路29には、冷却した排気をEGRガスとして吸気通路11に供給する際に、その供給するガスの量を調節するためにEGRバルブ32が設けられている。EGRガスは、EGR通路29の出口がコンプレッサ24の上流にあるため、エアクリーナ26からの吸気と共にコンプレッサ24により圧縮される。   The EGR device 31 in the present embodiment includes an EGR passage 29, an EGR cooler 30, and an EGR valve 32. The EGR passage 29 is provided with the exhaust passage 13 downstream of the turbine 22 as an inlet and the intake passage 11 upstream of the compressor 24 as an outlet. An EGR cooler 30 for cooling the exhaust gas is provided in the EGR passage 29. Further, the EGR passage 29 is provided with an EGR valve 32 for adjusting the amount of gas supplied when the cooled exhaust gas is supplied to the intake passage 11 as EGR gas. The EGR gas is compressed by the compressor 24 together with the intake air from the air cleaner 26 because the outlet of the EGR passage 29 is upstream of the compressor 24.

エンジン10には、補助空気供給通路46が設けられている。補助空気供給通路46は、エアクリーナ26とコンプレッサ24との間の吸気通路11を入口とし、吸気マニホールド42と吸気弁16との間の吸気通路11を出口とする構造をとっている。さらに、補助空気供給通路46の入口は、EGR通路29の出口より上流に設けられている。このため、補助空気供給通路46内には、エアクリーナ26から吸入された新気のみが通過するようになっている。また、補助空気供給通路46内には、新気の供給量を調節するための補助空気調節バルブ48が設けられている。   An auxiliary air supply passage 46 is provided in the engine 10. The auxiliary air supply passage 46 has a structure in which the intake passage 11 between the air cleaner 26 and the compressor 24 is an inlet and the intake passage 11 between the intake manifold 42 and the intake valve 16 is an outlet. Further, the inlet of the auxiliary air supply passage 46 is provided upstream of the outlet of the EGR passage 29. For this reason, only fresh air drawn from the air cleaner 26 passes through the auxiliary air supply passage 46. An auxiliary air adjustment valve 48 for adjusting the amount of fresh air supplied is provided in the auxiliary air supply passage 46.

図1のシステムの構成によれば、スロットルバルブ40を通ってから燃焼室14へ供給される吸気にはEGRガスが含まれている。一方、補助空気供給通路46から燃焼室14へ供給される補助空気にはEGRガスが含まれていない、つまり補助空気供給通路46からは新気のみを供給できる。そして、吸気通路11からの吸気と補助空気供給通路46からの補助空気とが、吸気マニホールド42と吸気弁16との間の吸気通路11で混合される。こうして混合された空気が、最終的に、燃焼室14内へ供給される。   According to the configuration of the system of FIG. 1, the intake air supplied to the combustion chamber 14 after passing through the throttle valve 40 contains EGR gas. On the other hand, the auxiliary air supplied from the auxiliary air supply passage 46 to the combustion chamber 14 does not contain EGR gas, that is, only fresh air can be supplied from the auxiliary air supply passage 46. Then, the intake air from the intake passage 11 and the auxiliary air from the auxiliary air supply passage 46 are mixed in the intake passage 11 between the intake manifold 42 and the intake valve 16. The air thus mixed is finally supplied into the combustion chamber 14.

吸気通路11には、エンジン10の運転状態を把握するための各種センサが取り付けられている。エアクリーナ26の下流側には、吸気通路11に吸入された新気の流量を把握するためにエアフローセンサ28が取り付けられている。コンプレッサ24とインタークーラ38との間には、過給圧センサ36が取り付けられている。スロットルバルブ40の近傍には、スロットルバルブ40の開度を把握するためにスロットルポジションセンサ(不図示)が取り付けられている。吸気マニホールド42内には、吸気マニホールド温度センサ44が取り付けられている。   Various sensors for grasping the operating state of the engine 10 are attached to the intake passage 11. An air flow sensor 28 is attached to the downstream side of the air cleaner 26 in order to grasp the flow rate of fresh air sucked into the intake passage 11. A boost pressure sensor 36 is attached between the compressor 24 and the intercooler 38. In the vicinity of the throttle valve 40, a throttle position sensor (not shown) is attached to grasp the opening of the throttle valve 40. An intake manifold temperature sensor 44 is attached in the intake manifold 42.

実施の形態1のシステムの構成は、エンジン10の運転状態を制御するECU100(Engine Control Unit)を備える。ECU100の入力側には、エアフローセンサ28、過給圧センサ36、吸気マニホールド温度センサ44、スロットルポジションセンサ、クランク角センサ(不図示)等の各種センサがそれぞれ接続される。ECU100は、上記の各種センサが出力した信号に基づいて、エンジン10の運転状態を検知する。具体的には、ECU100は、クランク角センサが出力した一定のパルス信号から、機関回転数NEを検出する。また、ECU100は、エアフローセンサ28及びクランク角センサが出力した信号から、吸入空気量KLを検出する。また、ECU100は、過給圧センサ36、吸気マニホールド温度センサ44、及びスロットルポジションセンサ等が出力した信号から、現在EGR量を算出する。ここでいう現在EGR量とは、EGR通路29から吸気通路11へ供給されているEGRガスの量のことである。現在EGR量は、下記(1)式により求めることができる。

Figure 2014159756
上記(1)式のBegrはスロットル開口面積に、pscはスタコン前圧力に、pacはエアクリ後圧力に、pは標準大気圧に、thegrはEGRガス温度に、thは標準温度にそれぞれ相当する。 The system configuration of the first embodiment includes an ECU 100 (Engine Control Unit) that controls the operating state of the engine 10. Various sensors such as an air flow sensor 28, a supercharging pressure sensor 36, an intake manifold temperature sensor 44, a throttle position sensor, and a crank angle sensor (not shown) are connected to the input side of the ECU 100. The ECU 100 detects the operating state of the engine 10 based on signals output from the various sensors. Specifically, ECU 100 detects engine speed NE from a constant pulse signal output from the crank angle sensor. Further, the ECU 100 detects the intake air amount KL from the signals output from the air flow sensor 28 and the crank angle sensor. Further, the ECU 100 calculates the current EGR amount from signals output from the supercharging pressure sensor 36, the intake manifold temperature sensor 44, the throttle position sensor, and the like. Here, the current EGR amount is the amount of EGR gas supplied from the EGR passage 29 to the intake passage 11. The current EGR amount can be obtained by the following equation (1).
Figure 2014159756
In the above equation (1), B egr is the throttle opening area, p sc is the pre-stacon pressure, p ac is the air post-pressure, p 0 is the standard atmospheric pressure, th egr is the EGR gas temperature, and th 0 is the standard. It corresponds to each temperature.

一方、ECU100の出力側には、吸気弁16、排気弁18、EGRバルブ32、スロットルバルブ40、補助空気調節バルブ48等のアクチュエータがそれぞれ接続される。ECU100は、運転状態に応じて、各種アクチュエータを操作するための信号を出力する。例えば、ECU100は、目的とするEGR量をコンプレッサ24上流の吸気通路11に供給するために、EGRバルブ32の開度を調節する。また、ECU100は、スロットルバルブ40の開度を操作して、スロットル流量を調節する。また、ECU100は、補助空気供給通路46から燃焼室14へ新気を供給するに際して、補助空気調節バルブ48の開度を操作して、補助空気流量を調節する。   On the other hand, actuators such as an intake valve 16, an exhaust valve 18, an EGR valve 32, a throttle valve 40, and an auxiliary air adjustment valve 48 are connected to the output side of the ECU 100. The ECU 100 outputs signals for operating various actuators according to the operating state. For example, the ECU 100 adjusts the opening degree of the EGR valve 32 in order to supply the target EGR amount to the intake passage 11 upstream of the compressor 24. In addition, the ECU 100 adjusts the throttle flow rate by operating the opening of the throttle valve 40. Further, when supplying fresh air from the auxiliary air supply passage 46 to the combustion chamber 14, the ECU 100 operates the opening of the auxiliary air adjustment valve 48 to adjust the auxiliary air flow rate.

上記システムの構成によれば、目標とする吸入空気量KL(以下、目標KLという。)を燃焼室14に供給するには、スロットル流量及び補助空気流量を同時に制御しなければならない。また、燃焼室14に最終的に供給される空気は、EGRガスを含む吸気と新気とを混合したものである。そのため、EGRガスを含む吸気が過剰に多くなり、燃焼室14内に供給される空気のEGR率が失火の恐れがある値になることを防ぐ必要がある。本実施形態では、目標KLを燃焼室14に供給することができて、かつ、燃焼室14のEGR率が過剰に高くなることを抑制するために、スロットルバルブ40と補助空気調節バルブ48との協調制御を行うこととした。以下に、本実施形態におけるバルブの協調制御の具体的手法を記載した。   According to the above system configuration, in order to supply a target intake air amount KL (hereinafter referred to as target KL) to the combustion chamber 14, the throttle flow rate and the auxiliary air flow rate must be controlled simultaneously. The air finally supplied to the combustion chamber 14 is a mixture of intake air containing EGR gas and fresh air. Therefore, it is necessary to prevent the intake air containing the EGR gas from being excessively increased and the EGR rate of the air supplied into the combustion chamber 14 to a value that may cause a misfire. In the present embodiment, the target valve KL can be supplied to the combustion chamber 14, and the throttle valve 40 and the auxiliary air adjustment valve 48 can be controlled to prevent the EGR rate of the combustion chamber 14 from becoming excessively high. We decided to perform cooperative control. Below, the specific method of the coordinated control of the valve | bulb in this embodiment was described.

[バルブの協調制御]
本実施形態におけるバルブの協調制御について、図2を用いて説明する。図2は、本実施形態における制御システム構成のブロック図を示している。図2には、ECU100内の制御システムの各ユニットが表されている。ECU100には、KL⇒Pm変換部50が設けられている。KL⇒Pm変換部50内には、限界EGR量算出部52、Min選択部54、吸気弁逆モデル56がそれぞれ設けられている。また、ECU100には、スロットル制御部60が設けられている。スロットル制御部60内には、微分処理部62、インマニ逆モデル64、目標補助空気流量算出部66、差分算出部67、スロットル逆モデル68、補助空気調節バルブ逆モデル70がそれぞれ設けられている。
[Coordinated control of valves]
The coordinated control of the valve in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a block diagram of the control system configuration in the present embodiment. FIG. 2 shows each unit of the control system in the ECU 100. The ECU 100 is provided with a KL → Pm conversion unit 50. In the KL → Pm conversion unit 50, a limit EGR amount calculation unit 52, a Min selection unit 54, and an intake valve inverse model 56 are provided. Further, the ECU 100 is provided with a throttle control unit 60. In the throttle control unit 60, a differential processing unit 62, an intake manifold inverse model 64, a target auxiliary air flow rate calculation unit 66, a difference calculation unit 67, a throttle inverse model 68, and an auxiliary air control valve inverse model 70 are provided.

本実施形態において、ECU100で行われるバルブの協調制御の流れについて説明する。まず、KL⇒Pm変換部50内の限界EGR量算出部52において、機関回転数NE、吸入空気量KL等のパラメータが取得される。次に、限界EGR量算出部52は、これらのパラメータに基づいて限界EGR量を算出する。これにより、燃焼室14内に供給することができる限界のEGR量、つまり失火しない最大のEGR量である限界EGR量を運転状態に応じて算出することができる。   In this embodiment, the flow of the coordinated control of the valve performed by the ECU 100 will be described. First, in the limit EGR amount calculation unit 52 in the KL → Pm conversion unit 50, parameters such as the engine speed NE and the intake air amount KL are acquired. Next, the limit EGR amount calculation unit 52 calculates the limit EGR amount based on these parameters. Thereby, the limit EGR amount that can be supplied into the combustion chamber 14, that is, the limit EGR amount that is the maximum EGR amount that does not misfire can be calculated according to the operating state.

次に、Min選択部54は、限界EGR量と現在EGR量とを比較して、より小さな値を選択する。したがって、限界EGR量が現在EGR量以下であれば、限界EGR量算出部52で算出された限界EGR量がそのままMin選択部54から出力される。一方、限界EGR量が現在EGR量を超えている場合には、現在EGR量がMin選択部54から出力されることになる。   Next, the Min selector 54 compares the limit EGR amount with the current EGR amount, and selects a smaller value. Therefore, if the limit EGR amount is equal to or less than the current EGR amount, the limit EGR amount calculated by the limit EGR amount calculation unit 52 is output from the Min selection unit 54 as it is. On the other hand, when the limit EGR amount exceeds the current EGR amount, the current EGR amount is output from the Min selection unit 54.

次に、Min選択部54により選択された限界EGR量または現在EGR量が目標KLに加算された後、吸気弁逆モデル56に入力される。吸気弁逆モデル56は、入力された値から、目標とする吸気管圧Pmを算出する。   Next, the limit EGR amount or the current EGR amount selected by the Min selector 54 is added to the target KL, and then input to the intake valve inverse model 56. The intake valve inverse model 56 calculates a target intake pipe pressure Pm from the input value.

次に、吸気弁逆モデル56から出力された目標とする吸気管圧Pmの値が、スロットル制御部60内の微分処理部62に入力される。そして、目標とする吸気管圧Pmの微分値が、インマニ逆モデル64に入力される。インマニ逆モデル64は、目標とする吸気管圧Pmの微分値から、目標スロットル流量を算出する。   Next, the target value of the intake pipe pressure Pm output from the intake valve inverse model 56 is input to the differentiation processing unit 62 in the throttle control unit 60. Then, a differential value of the target intake pipe pressure Pm is input to the intake manifold inverse model 64. The intake manifold inverse model 64 calculates the target throttle flow rate from the differential value of the target intake pipe pressure Pm.

次に、目標補助空気流量算出部66について説明する。目標補助空気流量算出部66は、目標補助空気流量を算出する前に、その算出を行うか否かの判定を行う。この判定とは、スロットル上流EGR率が上限EGR率より大きいか否かというものである。以下に、スロットル上流EGR率及び上限EGR率について詳述する。   Next, the target auxiliary air flow rate calculation unit 66 will be described. The target auxiliary air flow rate calculation unit 66 determines whether or not to calculate the target auxiliary air flow rate before calculating the target auxiliary air flow rate. This determination is whether or not the throttle upstream EGR rate is larger than the upper limit EGR rate. Hereinafter, the throttle upstream EGR rate and the upper limit EGR rate will be described in detail.

スロットル上流EGR率とは、スロットルバルブ40よりも上流における吸気中のEGR率のことであり、エアモデル等により推定される値である。目標補助空気流量を算出するためにスロットル上流EGR率を用いることには理由がある。これは、失火が起きる前に燃焼室14に新気を供給するためである。例えば、仮に燃焼室14内に供給される空気中のEGR率を目標補助空気流量の算出に用いるとすると、このEGR率が過剰になった時点で既に失火が起きる可能性がある。これでは失火を未然に防止することが難しい。従って、補助空気調節バルブ48を失火が起きる前に開くために、スロットル上流EGR率を用いることとした。   The throttle upstream EGR rate is an EGR rate during intake upstream of the throttle valve 40, and is a value estimated by an air model or the like. There is a reason to use the throttle upstream EGR rate to calculate the target auxiliary air flow rate. This is because fresh air is supplied to the combustion chamber 14 before misfire occurs. For example, if the EGR rate in the air supplied into the combustion chamber 14 is used for calculation of the target auxiliary air flow rate, misfire may already occur when the EGR rate becomes excessive. This makes it difficult to prevent misfire. Therefore, the throttle upstream EGR rate is used to open the auxiliary air control valve 48 before misfire occurs.

上限EGR率とは、失火しない最大のEGR率を基礎に設定された値である。ここでいう失火しない最大のEGR率とは、限界EGR量算出部52により算出される限界EGR量、つまり燃焼室14内に供給することができる限界のEGR量により定まる値である。また、上限EGR率は、失火しない最大のEGR率より低い値に設定されている。これは、仮に補助空気調節バルブ48の作動遅れが生じて次の吸気行程までに新気の供給ができなかった場合、次の吸気行程ですぐに失火してしまわないように余裕を持たせるための設定である。   The upper limit EGR rate is a value set based on the maximum EGR rate that does not cause misfire. The maximum EGR rate that does not cause misfire here is a value determined by the limit EGR amount calculated by the limit EGR amount calculation unit 52, that is, the limit EGR amount that can be supplied into the combustion chamber 14. The upper limit EGR rate is set to a value lower than the maximum EGR rate that does not cause misfire. This is to provide a margin so that if there is a delay in the operation of the auxiliary air adjustment valve 48 and fresh air cannot be supplied by the next intake stroke, misfire will not occur immediately in the next intake stroke. This is the setting.

目標補助空気流量算出部66において、目標補助空気流量が算出される流れについて説明する。上記で述べたように、まず、スロットル上流EGR率が上限EGR率より大きいか否かが判定される。スロットル上流EGR率が上限EGR率より大きければ、スロットルバルブ40の上流の吸気通路11にEGRガスが多量に存在すると判断され、新気を供給するために目標補助空気流量の算出が行われる。そして、目標補助空気流量の算出後、補助空気調節バルブ48がその流量を満たすように速やかに開くため、失火を防止することができる。尚、スロットル上流EGR率が上限EGR率以下の場合、目標補助空気流量は算出されない、つまり目標補助空気流量算出部66から0という値が出力されるため、補助空気調節バルブ48が開くことはない。   The flow in which the target auxiliary air flow rate calculation unit 66 calculates the target auxiliary air flow rate will be described. As described above, first, it is determined whether or not the throttle upstream EGR rate is larger than the upper limit EGR rate. If the throttle upstream EGR rate is larger than the upper limit EGR rate, it is determined that a large amount of EGR gas is present in the intake passage 11 upstream of the throttle valve 40, and the target auxiliary air flow rate is calculated to supply fresh air. Then, after the target auxiliary air flow rate is calculated, the auxiliary air adjustment valve 48 opens quickly so as to satisfy the flow rate, so that misfire can be prevented. When the throttle upstream EGR rate is equal to or lower than the upper limit EGR rate, the target auxiliary air flow rate is not calculated, that is, a value of 0 is output from the target auxiliary air flow rate calculation unit 66, so the auxiliary air adjustment valve 48 does not open. .

ここで、目標補助空気流量は、燃焼室14内に供給される空気のEGR率が上限EGR率になるように算出される。つまり、補助空気供給通路46から供給される新気と吸気通路11から供給されるEGRガスを含んだ吸気とを混合した空気のEGR率が、上限EGR率になるように補助空気調節バルブ48の流量が調節される。この結果、燃焼室14内に供給される空気のEGR率が上限EGR率以下になるように新気が供給される。このような目標補助空気流量は、下記(2)式により得ることができる。   Here, the target auxiliary air flow rate is calculated so that the EGR rate of the air supplied into the combustion chamber 14 becomes the upper limit EGR rate. That is, the auxiliary air regulating valve 48 has an upper limit EGR rate so that the EGR rate of the air mixed with the fresh air supplied from the auxiliary air supply passage 46 and the intake air containing the EGR gas supplied from the intake passage 11 becomes the upper limit EGR rate. The flow rate is adjusted. As a result, fresh air is supplied so that the EGR rate of the air supplied into the combustion chamber 14 is less than or equal to the upper limit EGR rate. Such a target auxiliary air flow rate can be obtained by the following equation (2).

mst=mct×(Rate.EGR×(1−Rate.EGR.limit)−Rate.EGR.limit)
÷(Rate.EGR×(1−Rate.EGR.limit)) ・・・(2)
上記(2)式のmstは目標補助空気流量に、mctは吸気弁16を通過する目標空気流量に、Rate.EGRはスロットル上流EGR率に、Rate.EGR.limitは上限EGR率にそれぞれ相当する。
m st = m ct × (Rate.EGR × (1−Rate.EGR.limit) −Rate.EGR.limit)
÷ (Rate.EGR × (1−Rate.EGR.limit)) (2)
In the above equation (2), m st is the target auxiliary air flow rate, m ct is the target air flow rate passing through the intake valve 16, Rate.EGR is the throttle upstream EGR rate, and Rate.EGR.limit is the upper limit EGR rate. Equivalent to.

目標補助空気流量が算出された後、差分算出部67において、目標スロットル流量と目標補助空気流量との差分が算出される。   After the target auxiliary air flow rate is calculated, the difference calculation unit 67 calculates the difference between the target throttle flow rate and the target auxiliary air flow rate.

次に、差分算出部67により算出された差分がスロットル逆モデル68に入力される。この差分に基づいて、目標とするスロットル開度TAが算出される。同様にして、目標補助空気流量が補助空気調節バルブ逆モデル70に入力され、目標補助空気調節バルブ開度が算出される。また、スロットル逆モデル68及び補助空気調節バルブ逆モデル70は絞りの式で表すことができる。   Next, the difference calculated by the difference calculation unit 67 is input to the throttle inverse model 68. Based on this difference, a target throttle opening degree TA is calculated. Similarly, the target auxiliary air flow rate is input to the auxiliary air control valve inverse model 70, and the target auxiliary air control valve opening is calculated. Further, the throttle inverse model 68 and the auxiliary air control valve inverse model 70 can be expressed by a throttle equation.

上記のバルブの協調制御によれば、補助空気調節バルブ48を開く分だけスロットルバルブ40の開度を絞るという協調制御を行うことができる。この結果、目標KLを運転状態に応じて安定的に制御できるため、燃焼室14内に供給される空気を一定量に保つことができる。   According to the above-described coordinated control of the valve, it is possible to perform coordinated control in which the opening degree of the throttle valve 40 is reduced by the amount by which the auxiliary air adjustment valve 48 is opened. As a result, the target KL can be stably controlled according to the operating state, so that the air supplied into the combustion chamber 14 can be maintained at a constant amount.

目標補助空気流量算出部66において、目標補助空気流量を算出するために、スロットル上流EGR率と上限EGR率とを用いたが、これらの代わりにスロットル上流EGR量と限界EGR量とを用いて計算してもよい。   In the target auxiliary air flow rate calculation unit 66, the throttle upstream EGR rate and the upper limit EGR rate are used to calculate the target auxiliary air flow rate. However, instead of these, calculation is performed using the throttle upstream EGR amount and the limit EGR amount. May be.

また、本実施形態では本発明を過給機付きのガソリンエンジンに適用しているが、これを過給機付きのディーゼルエンジンに適用してもよい。   Moreover, in this embodiment, although this invention is applied to the gasoline engine with a supercharger, you may apply this to the diesel engine with a supercharger.

尚、本実施形態においては、目標補助空気流量算出部66が前記第1の発明による「目標補助空気流量算出手段」に、補助空気調節バルブ逆モデル70が前記第1の発明による「補助空気調節バルブ操作手段」に、インマニ逆モデル64が前記第1の発明による「目標スロットル流量算出手段」に、スロットル逆モデル68が前記第1の発明による「スロットルバルブ操作手段」に、それぞれ相当している。   In the present embodiment, the target auxiliary air flow rate calculation unit 66 is used as the “target auxiliary air flow rate calculation means” according to the first invention, and the auxiliary air adjustment valve inverse model 70 is used as the “auxiliary air adjustment method according to the first invention. The intake manifold inverse model 64 corresponds to the “target throttle flow rate calculation means” according to the first invention, and the throttle inverse model 68 corresponds to the “throttle valve operation means” according to the first invention. .

10 エンジン
11 吸気通路
13 排気通路
14 燃焼室
22 タービン
23 過給機(ターボチャージャ)
24 コンプレッサ
31 EGR装置
40 スロットルバルブ
46 補助空気供給通路
48 補助空気調節バルブ
50 KL⇒Pm変換部
52 限界EGR量算出部
60 スロットル制御部
64 インマニ逆モデル
66 目標補助空気流量算出部
67 差分算出部
68 スロットル逆モデル
70 補助空気調節バルブ逆モデル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Engine 11 Intake passage 13 Exhaust passage 14 Combustion chamber 22 Turbine 23 Supercharger (turbocharger)
24 Compressor 31 EGR device 40 Throttle valve 46 Auxiliary air supply passage 48 Auxiliary air regulating valve 50 KL → Pm conversion unit 52 Limit EGR amount calculation unit 60 Throttle control unit 64 Intake manifold inverse model 66 Target auxiliary air flow rate calculation unit 67 Difference calculation unit 68 Throttle reverse model 70 Auxiliary air control valve reverse model

Claims (2)

内燃機関の排気通路に設けられたタービンと吸気通路に設けられたコンプレッサとを有するターボチャージャと、
前記コンプレッサの下流の吸気通路内に設けられる電子制御式のスロットルバルブと、
前記タービンより下流の排気通路と前記コンプレッサより上流の吸気通路とを接続するEGR通路を介して排気の一部を前記内燃機関の燃焼室に戻すEGR装置と、
前記スロットルバルブをバイパスして前記内燃機関の燃焼室に補助空気を供給可能にする補助空気供給通路と、
前記補助空気供給通路内に設けられる補助空気調節バルブと、を備える内燃機関の制御装置において、
目標補助空気流量を算出する目標補助空気流量算出手段と、
前記目標補助空気流量に基づいて、前記補助空気調節バルブの開度を操作する補助空気調節バルブ操作手段と、
目標スロットル流量を算出する目標スロットル流量算出手段と、
前記目標スロットル流量と前記目標補助空気流量との差分に基づいて、前記スロットルバルブの開度を操作するスロットルバルブ操作手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
A turbocharger having a turbine provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and a compressor provided in an intake passage;
An electronically controlled throttle valve provided in an intake passage downstream of the compressor;
An EGR device that returns part of the exhaust gas to the combustion chamber of the internal combustion engine via an EGR passage that connects an exhaust passage downstream from the turbine and an intake passage upstream from the compressor;
An auxiliary air supply passage that bypasses the throttle valve and can supply auxiliary air to the combustion chamber of the internal combustion engine;
An internal combustion engine control device comprising: an auxiliary air control valve provided in the auxiliary air supply passage;
Target auxiliary air flow rate calculating means for calculating the target auxiliary air flow rate;
An auxiliary air control valve operating means for operating the opening of the auxiliary air control valve based on the target auxiliary air flow rate;
Target throttle flow rate calculating means for calculating the target throttle flow rate;
Throttle valve operating means for operating the throttle valve opening based on the difference between the target throttle flow rate and the target auxiliary air flow rate;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
前記目標補助空気流量算出手段は、
前記吸気通路から供給された吸入空気量と前記EGR装置から送られたEGR量とから、前記スロットルバルブの上流におけるEGR率であるスロットルバルブ上流EGR率を算出するスロットルバルブ上流EGR率算出手段と、
前記スロットルバルブ上流EGR率が失火しない最大のEGR率を基礎に設定された上限EGR率より大きい場合に、燃焼室内に供給される空気のEGR率が前記上限EGR率以下になるように目標補助空気流量を設定する設定手段と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
The target auxiliary air flow rate calculation means is
Throttle valve upstream EGR rate calculation means for calculating a throttle valve upstream EGR rate, which is an EGR rate upstream of the throttle valve, from an intake air amount supplied from the intake passage and an EGR amount sent from the EGR device;
When the throttle valve upstream EGR rate is larger than the upper limit EGR rate set on the basis of the maximum EGR rate that does not misfire, the target auxiliary air is set so that the EGR rate of the air supplied into the combustion chamber is equal to or lower than the upper limit EGR rate. Setting means for setting the flow rate;
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, comprising:
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180029687A (en) * 2016-09-13 2018-03-21 현대자동차주식회사 Engine system and method using the same
KR20180031517A (en) * 2016-09-20 2018-03-28 현대자동차주식회사 Engine system and method using the same

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