JP2020029793A - Internal combustion engine control apparatus - Google Patents

Internal combustion engine control apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2020029793A
JP2020029793A JP2018154858A JP2018154858A JP2020029793A JP 2020029793 A JP2020029793 A JP 2020029793A JP 2018154858 A JP2018154858 A JP 2018154858A JP 2018154858 A JP2018154858 A JP 2018154858A JP 2020029793 A JP2020029793 A JP 2020029793A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
value
target value
internal combustion
combustion engine
target values
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2018154858A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
文鋒 梁
Wenfeng Liang
文鋒 梁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2018154858A priority Critical patent/JP2020029793A/en
Publication of JP2020029793A publication Critical patent/JP2020029793A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

To prevent the responsiveness of a control output from deteriorating while improving the sufficiency of constraint in the case of modifying the target values of boost pressure and EGR rate by a reference governor.SOLUTION: An internal combustion engine control apparatus includes: a feedback controller 92 for determining a control input for an internal combustion engine 1 so that boost pressure and an EGR rate get close to target values; a pre-modification target value calculation part 95 for calculating pre-modification target values of the boost pressure and EGR rate on the basis of a given parameter of the engine; and a reference governor 94 for deriving target values by modifying the pre-modification target values so that sufficiency of a constraining condition on a given temperature related to a turbo charger is enhanced. The reference governor performs: calculating a future prediction value of the given temperature on the basis of the pre-modification target values; calculating time until the given temperature reaches an upper limit value in a case where the future prediction value exceeds the upper limit value; and starting modification of the pre-modification target values when the calculated time becomes equal to or less than the given value.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.

従来、ターボチャージャ及びＥＧＲシステムを備えた内燃機関において、所定の状態量の制約充足性が高まるように過給圧及びＥＧＲ率の目標値をリファレンスガバナによって修正することが知られている（例えば、特許文献１）。   BACKGROUND ART Conventionally, in an internal combustion engine including a turbocharger and an EGR system, it is known that a target value of a supercharging pressure and an EGR rate is corrected by a reference governor so as to increase a constraint satisfaction of a predetermined state quantity (for example, Patent Document 1).

特開２０１７−２０３５７号公報JP 2017-20357 A

斯かる目標値修正では、状態量の将来予測値が制約に抵触することが予測されると、過給圧及びＥＧＲ率の目標値が直ちに修正される。しかしながら、制御出力の変化に対して状態量の変化が遅い場合には、目標値を修正するタイミングが早くなりすぎ、制御出力の応答性が悪化するおそれがある。   In such a target value correction, when it is predicted that the future predicted value of the state quantity conflicts with the constraint, the target values of the supercharging pressure and the EGR rate are immediately corrected. However, when the change in the state quantity is slower than the change in the control output, the timing for correcting the target value is too early, and the response of the control output may be deteriorated.

そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、過給圧及びＥＧＲ率の目標値をリファレンスガバナによって修正する場合に、制約充足性を高めつつ、制御出力の応答性の悪化を抑制することにある。   In view of the above problem, it is an object of the present invention to improve the constraint sufficiency and suppress the deterioration of the response of the control output when the target values of the supercharging pressure and the EGR rate are corrected by the reference governor. It is in.

上記課題を解決するために、本発明では、ターボチャージャ及びＥＧＲシステムを備えた内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置であって、過給圧及びＥＧＲ率が目標値に近付くように前記内燃機関の制御入力を決定するフィードバックコントローラと、前記内燃機関の所定のパラメータに基づいて過給圧及びＥＧＲ率の修正前目標値を算出する修正前目標値算出部と、前記ターボチャージャに関する所定の温度についての制約条件の充足度が高まるように前記修正前目標値を修正して前記目標値を導出するリファレンスガバナとを備え、前記リファレンスガバナは、前記修正前目標値に基づいて前記温度の将来予測値を算出し、該将来予測値が上限値を超えている場合には、前記温度が前記上限値に達するまでの時間を算出し、該時間が所定値以下になったときに前記修正前目標値の修正を開始する、内燃機関の制御装置が提供される。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a control device for an internal combustion engine that controls an internal combustion engine equipped with a turbocharger and an EGR system, wherein the supercharging pressure and the EGR rate are close to target values. A feedback controller that determines a control input of the engine; a pre-correction target value calculation unit that calculates a pre-correction target value of the supercharging pressure and the EGR rate based on predetermined parameters of the internal combustion engine; and a predetermined temperature related to the turbocharger. And a reference governor that derives the target value by correcting the pre-correction target value so as to increase the degree of satisfaction of the constraint on the reference governor, wherein the reference governor predicts the temperature in the future based on the pre-correction target value. If the future predicted value exceeds the upper limit, the time until the temperature reaches the upper limit is calculated, and the time is calculated. To start the correction of the correction before the target value when it is value below the control apparatus for an internal combustion engine is provided.

本発明によれば、過給圧及びＥＧＲ率の目標値をリファレンスガバナによって修正する場合に、制約充足性を高めつつ、制御出力の応答性の悪化を抑制することができる。   According to the present invention, when correcting the target values of the supercharging pressure and the EGR rate by the reference governor, it is possible to suppress the deterioration of the responsiveness of the control output while increasing the constraint satisfaction.

図１は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用される内燃機関を概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing an internal combustion engine to which the control device for an internal combustion engine according to the present embodiment is applied. 図２は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置の目標値追従制御構造を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a target value tracking control structure of the control device for an internal combustion engine according to the present embodiment. 図３は、図２の目標値追従制御構造を等価変形することによって得られるフィードフォワード制御構造を示す。FIG. 3 shows a feedforward control structure obtained by equivalently modifying the target value tracking control structure of FIG. 図４は、機関回転数及び燃料噴射量に基づいて修正前目標値を算出するためのマップである。FIG. 4 is a map for calculating the pre-correction target value based on the engine speed and the fuel injection amount. 図５は、勾配法による最適値探索を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the optimum value search by the gradient method. 図６は、比較例における過給圧及び出口配管温度のタイムチャートを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a time chart of the supercharging pressure and the outlet pipe temperature in the comparative example. 図７は、本実施形態における過給圧及び出口配管温度のタイムチャートを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a time chart of the supercharging pressure and the outlet pipe temperature in the present embodiment. 図８は、本実施形態における目標値導出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart illustrating a control routine of a target value deriving process according to the present embodiment.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, similar components are denoted by the same reference numerals.

＜内燃機関全体の説明＞
図１は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用される内燃機関を概略的に示す図である。図１に示される内燃機関１は、圧縮自着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）であり、車両に搭載される。 <Description of the entire internal combustion engine>
FIG. 1 is a diagram schematically showing an internal combustion engine to which the control device for an internal combustion engine according to the present embodiment is applied. The internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a compression ignition internal combustion engine (diesel engine) and is mounted on a vehicle.

図１を参照すると、内燃機関１は、機関本体１００と、各気筒の燃焼室２と、燃焼室２内に燃料を噴射する電子制御式の燃料噴射弁３と、吸気マニホルド４と、排気マニホルド５と、ターボチャージャ７と、スロットル弁９とを備える。吸気マニホルド４は吸気管６を介してターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結される。コンプレッサ７ａの入口は吸気管６を介してエアクリーナ８に連結される。   Referring to FIG. 1, an internal combustion engine 1 includes an engine body 100, a combustion chamber 2 of each cylinder, an electronically controlled fuel injection valve 3 for injecting fuel into the combustion chamber 2, an intake manifold 4, and an exhaust manifold. 5, a turbocharger 7, and a throttle valve 9. The intake manifold 4 is connected via an intake pipe 6 to an outlet of a compressor 7a of a turbocharger 7. An inlet of the compressor 7a is connected to an air cleaner 8 via an intake pipe 6.

スロットル弁９は、吸気管６内に配置され、吸気管６の開口面積を変更する。スロットル弁９はＤＣモータのようなスロットル弁駆動アクチュエータによって駆動される。スロットル弁９の開度が変更されると、新気量が変化する。スロットル弁９とコンプレッサ７ａとの間の吸気管６周りには、吸気管６内を流れる吸入空気を冷却するためのインタークーラ１３が配置される。吸気マニホルド４及び吸気管６は、空気を燃焼室２に導く吸気通路を形成する。   The throttle valve 9 is arranged in the intake pipe 6 and changes the opening area of the intake pipe 6. The throttle valve 9 is driven by a throttle valve drive actuator such as a DC motor. When the opening of the throttle valve 9 is changed, the fresh air amount changes. An intercooler 13 for cooling intake air flowing through the intake pipe 6 is disposed around the intake pipe 6 between the throttle valve 9 and the compressor 7a. The intake manifold 4 and the intake pipe 6 form an intake passage for guiding air to the combustion chamber 2.

一方、排気マニホルド５は排気管２７を介してターボチャージャ７のタービン７ｂの入口に連結される。タービン７ｂの出口は、排気管２７を介して、排気浄化触媒２８を内蔵したケーシング２９に連結される。排気マニホルド５及び排気管２７は、燃焼室２における混合気の燃焼によって生じた排気ガスを排出する排気通路を形成する。排気浄化触媒２８は、例えば、排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する選択還元型ＮＯｘ低減触媒（ＳＣＲ触媒）又はＮＯｘ吸蔵還元触媒である。また、排気通路には、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を低減するために、酸化触媒、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）等が配置されてもよい。   On the other hand, the exhaust manifold 5 is connected to an inlet of a turbine 7b of the turbocharger 7 via an exhaust pipe 27. The outlet of the turbine 7 b is connected via an exhaust pipe 27 to a casing 29 containing an exhaust purification catalyst 28. The exhaust manifold 5 and the exhaust pipe 27 form an exhaust passage for discharging exhaust gas generated by combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 2. The exhaust purification catalyst 28 is, for example, a selective reduction type NOx reduction catalyst (SCR catalyst) or a NOx storage reduction catalyst that reduces and purifies NOx in exhaust gas. In addition, an oxidation catalyst, a diesel particulate filter (DPF), and the like may be disposed in the exhaust passage to reduce particulate matter (PM) in the exhaust gas.

また、内燃機関１は、排気通路を流れる排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に流入させる排気ガス再循環（以下、「ＥＧＲ」という）システムを備える。ＥＧＲシステムは、ＥＧＲ通路１４、ＥＧＲクーラ２０及びＥＧＲ弁１５を含む。ＥＧＲ通路１４は排気マニホルド５と吸気マニホルド４とを互いに接続する。   Further, the internal combustion engine 1 includes an exhaust gas recirculation (hereinafter, referred to as “EGR”) system that causes a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage to flow into the intake passage as EGR gas. The EGR system includes an EGR passage 14, an EGR cooler 20, and an EGR valve 15. The EGR passage 14 connects the exhaust manifold 5 and the intake manifold 4 to each other.

電子制御式のＥＧＲ弁１５は、ＥＧＲ通路１４内に配置され、ＥＧＲ通路１４の開口面積を変更する。ＥＧＲ弁１５の開度が変更されると、吸気通路に流入するＥＧＲガスの量が変化する。ＥＧＲクーラ２０は、ＥＧＲ通路１４周りに配置され、ＥＧＲ通路１４内を流れるＥＧＲガスを冷却する。本実施形態におけるＥＧＲシステムはいわゆる高圧ループ方式（ＨＰＬ方式）のＥＧＲシステムである。   The electronically controlled EGR valve 15 is disposed in the EGR passage 14 and changes the opening area of the EGR passage 14. When the opening of the EGR valve 15 is changed, the amount of EGR gas flowing into the intake passage changes. The EGR cooler 20 is disposed around the EGR passage 14 and cools the EGR gas flowing in the EGR passage 14. The EGR system in the present embodiment is a so-called high-pressure loop (HPL) EGR system.

燃料は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１９によって燃料タンク３３から燃料配管３４を介してコモンレール１８内に供給される。コモンレール１８内に供給された燃料は各燃料供給管１７を介して各燃料噴射弁３に供給される。   The fuel is supplied from the fuel tank 33 to the common rail 18 via the fuel pipe 34 by the electronic control type variable discharge fuel pump 19. The fuel supplied into the common rail 18 is supplied to each fuel injection valve 3 through each fuel supply pipe 17.

ターボチャージャ７のタービン７ｂには、可変ノズル７ｃが設けられている。ターボチャージャ７はいわゆる可変ノズルターボチャージャである。可変ノズル７ｃの開度が変更されると、タービン７ｂのタービンブレードに供給される排気ガスの流速が変化し、ひいてはタービン７ｂの回転数が変化する。   The variable nozzle 7c is provided in the turbine 7b of the turbocharger 7. The turbocharger 7 is a so-called variable nozzle turbocharger. When the opening of the variable nozzle 7c is changed, the flow rate of the exhaust gas supplied to the turbine blades of the turbine 7b changes, and the rotation speed of the turbine 7b changes.

内燃機関１の各種制御は電子制御ユニット（ＥＣＵ）８０によって実行される。ＥＣＵ８０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス８１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）８２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）８３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）８４、入力ポート８５及び出力ポート８６を備える。吸気圧センサ４２、吸気温度センサ４３、配管温度センサ４４、ポジションセンサ１０１及びエアフロメータ１０２の出力が、対応するＡＤ変換器８７を介して入力ポート８５に入力される。一方、出力ポート８６は、対応する駆動回路８８を介して、燃料噴射弁３、スロットル弁駆動アクチュエータ、可変ノズル７ｃ、ＥＧＲ弁１５及び燃料ポンプ１９に接続されている。   Various controls of the internal combustion engine 1 are executed by an electronic control unit (ECU) 80. The ECU 80 is composed of a digital computer and includes a ROM (Read Only Memory) 82, a RAM (Random Access Memory) 83, a CPU (Microprocessor) 84, an input port 85, and an output port 86 connected to each other by a bidirectional bus 81. Outputs of the intake pressure sensor 42, the intake temperature sensor 43, the pipe temperature sensor 44, the position sensor 101, and the air flow meter 102 are input to the input port 85 via the corresponding AD converter 87. On the other hand, the output port 86 is connected to the fuel injection valve 3, the throttle valve drive actuator, the variable nozzle 7c, the EGR valve 15, and the fuel pump 19 via the corresponding drive circuit 88.

吸気圧センサ４２は、吸気通路においてスロットル弁９よりも下流側に配置され、吸気圧（過給圧）を検出する。吸気温度センサ４３は、吸気通路においてコンプレッサ７ａの出口（下流側）に配置され、コンプレッサ７ａから流出する吸入空気の温度を検出する。配管温度センサ４４は、吸気通路においてコンプレッサ７ａの出口（下流側）に配置され、コンプレッサ７ａの出口における吸気管６の温度を検出する。   The intake pressure sensor 42 is disposed downstream of the throttle valve 9 in the intake passage and detects intake pressure (supercharging pressure). The intake air temperature sensor 43 is arranged at the outlet (downstream side) of the compressor 7a in the intake passage and detects the temperature of the intake air flowing out of the compressor 7a. The piping temperature sensor 44 is disposed at the outlet (downstream side) of the compressor 7a in the intake passage, and detects the temperature of the intake pipe 6 at the outlet of the compressor 7a.

ポジションセンサ１０１は、アクセルペダル１２０の踏込み量に比例した出力電圧を発生させ、アクセル開度を検出する。エアフロメータ１０２は、吸気通路においてエアクリーナ８とコンプレッサ７ａとの間に配置され、吸気管６内を流れる吸入空気の流量を検出する。さらに、入力ポート８５にクランク角センサ１０８が接続されている。クランク角センサ１０８は、クランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生させ、機関回転数を検出する。   The position sensor 101 generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 120, and detects the accelerator opening. The air flow meter 102 is disposed between the air cleaner 8 and the compressor 7a in the intake passage, and detects a flow rate of intake air flowing in the intake pipe 6. Further, a crank angle sensor 108 is connected to the input port 85. The crank angle sensor 108 generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, by 15 °, and detects the engine speed.

＜内燃機関の制御装置＞
内燃機関の制御装置（以下、単に「制御装置」という）は、内燃機関１のようなターボチャージャ７及びＥＧＲシステムを備えた内燃機関を制御する。本実施形態では、制御装置は、内燃機関１の運転状態に応じて過給圧及びＥＧＲ率を制御する。なお、ＥＧＲ率とは、気筒内に供給される全ガス量（新気量とＥＧＲガス量との合計）に対するＥＧＲガス量の割合である。 <Control device for internal combustion engine>
A control device of the internal combustion engine (hereinafter, simply referred to as a “control device”) controls an internal combustion engine such as the internal combustion engine 1 including the turbocharger 7 and the EGR system. In the present embodiment, the control device controls the supercharging pressure and the EGR rate according to the operating state of the internal combustion engine 1. The EGR rate is a ratio of the EGR gas amount to the total gas amount (the sum of the new air amount and the EGR gas amount) supplied into the cylinder.

図２は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置の目標値追従制御構造を示す図である。本実施形態では、ＥＣＵ８０が制御装置に相当する。制御装置は、修正前目標値算出部９５、リファレンスガバナ（ＲＧ）９４、比較部９１及びフィードバックコントローラ９２を備える。図２において破線で囲まれた部分は、内燃機関１の制御出力ｘが目標値ｗｆに近付くようにフィードバック制御を行う閉ループシステム９０として機能する。   FIG. 2 is a diagram illustrating a target value tracking control structure of the control device for an internal combustion engine according to the present embodiment. In the present embodiment, the ECU 80 corresponds to a control device. The control device includes a pre-correction target value calculation unit 95, a reference governor (RG) 94, a comparison unit 91, and a feedback controller 92. 2 functions as a closed-loop system 90 that performs feedback control such that the control output x of the internal combustion engine 1 approaches the target value wf.

閉ループシステム９０が設計済である場合、図２の目標値追従制御構造を等価変形することによって図３のフィードフォワード制御構造が得られる。なお、図２及び図３におけるｙは、とりうる値に制約がある内燃機関１の状態量である。   When the closed loop system 90 has been designed, the feedforward control structure of FIG. 3 is obtained by equivalently deforming the target value tracking control structure of FIG. Note that y in FIGS. 2 and 3 is a state quantity of the internal combustion engine 1 that has a restriction on possible values.

比較部９１は、目標値ｗｆから制御出力ｘを減算して偏差ｅ（＝ｗｆ−ｘ）を算出し、偏差ｅをフィードバックコントローラ９２に入力する。目標値ｗｆはリファレンスガバナ９４によって比較部９１に入力され、制御出力ｘは、制御入力ｕ及び外生入力ｄが入力される内燃機関１から出力される。外生入力ｄは内燃機関１の所定の運転パラメータである。   The comparing unit 91 calculates a deviation e (= wf−x) by subtracting the control output x from the target value wf, and inputs the deviation e to the feedback controller 92. The target value wf is input to the comparison unit 91 by the reference governor 94, and the control output x is output from the internal combustion engine 1 to which the control input u and the external input d are input. The external input d is a predetermined operating parameter of the internal combustion engine 1.

フィードバックコントローラ９２は、制御出力ｘが目標値ｗｆに近付くように内燃機関１の制御入力ｕを決定する。すなわち、フィードバックコントローラ９２は、偏差ｅがゼロに近付くように制御入力ｕを決定する。フィードバックコントローラ９２では、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御等の公知の制御が用いられる。フィードバックコントローラ９２は制御入力ｕを内燃機関１に入力する。また、状態フィードバックとして制御出力ｘがフィードバックコントローラ９２に入力される。なお、制御出力ｘのフィードバックコントローラ９２への入力は省略されてもよい。また、比較部９１はフィードバックコントローラ９２に組み込まれていてもよい。   The feedback controller 92 determines the control input u of the internal combustion engine 1 so that the control output x approaches the target value wf. That is, the feedback controller 92 determines the control input u such that the deviation e approaches zero. In the feedback controller 92, known control such as PI control and PID control is used. The feedback controller 92 inputs a control input u to the internal combustion engine 1. Further, a control output x is input to the feedback controller 92 as state feedback. The input of the control output x to the feedback controller 92 may be omitted. Further, the comparison unit 91 may be incorporated in the feedback controller 92.

本実施形態では、制御出力ｘは過給圧及びＥＧＲ率である。制御出力ｘとして比較部９１に入力される過給圧は吸気圧センサ４２によって検出される。また、制御出力ｘとして比較部９１に入力されるＥＧＲ率は、ＥＧＲ弁６３の開度等に基づいて公知の手法によって算出される。過給圧及びＥＧＲ率を制御するための制御入力ｕは、スロットル弁９の開度、ＥＧＲ弁６３の開度及び可変ノズル７ｃの開度である。   In the present embodiment, the control output x is the supercharging pressure and the EGR rate. The supercharging pressure input to the comparing section 91 as the control output x is detected by the intake pressure sensor 42. The EGR rate input to the comparison unit 91 as the control output x is calculated by a known method based on the opening degree of the EGR valve 63 and the like. Control inputs u for controlling the supercharging pressure and the EGR rate are the opening of the throttle valve 9, the opening of the EGR valve 63, and the opening of the variable nozzle 7c.

上述したように、閉ループシステム９０では、制御出力ｘが目標値ｗｆに近付くようにフィードバック制御が行われる。しかしながら、実際の制御では、ハード又は制御上の制約に起因して、状態量ｙに制約がある。このため、制約を考慮せずに算出された目標値が閉ループシステム９０に入力されると、状態量ｙが制約に抵触し、過渡応答の悪化や制御の不安定化が生じるおそれがある。   As described above, in the closed loop system 90, feedback control is performed so that the control output x approaches the target value wf. However, in actual control, there is a restriction on the state quantity y due to hardware or control restrictions. Therefore, when the target value calculated without considering the constraint is input to the closed loop system 90, the state quantity y may conflict with the constraint, and the transient response may be deteriorated and the control may be unstable.

そこで、本実施形態では、修正前目標値算出部９５及びリファレンスガバナ９４を用いて制御出力ｘの目標値ｗｆが算出される。外生入力ｄが修正前目標値算出部９５に入力されると、修正前目標値算出部９５は、外生入力ｄに基づいて制御出力ｘの修正前目標値ｒを算出し、修正前目標値ｒをリファレンスガバナ９４に出力する。   Therefore, in the present embodiment, the target value wf of the control output x is calculated using the pre-correction target value calculation unit 95 and the reference governor 94. When the exogenous input d is input to the pre-correction target value calculation unit 95, the pre-correction target value calculation unit 95 calculates a pre-correction target value r of the control output x based on the exogenous input d, and The value r is output to the reference governor 94.

本実施形態では、外生入力ｄは例えば機関回転数及びアクセル開度である。機関回転数はクランク角センサ１０８によって検出され、アクセル開度はポジションセンサ１０１によって検出される。修正前目標値算出部９５は、例えば図４に示されるようなマップを用いて、外生入力ｄに基づいて修正前目標値ｒを算出する。マップでは、修正前目標値ｒが機関回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＤの関数として示される。   In this embodiment, the external input d is, for example, the engine speed and the accelerator opening. The engine speed is detected by the crank angle sensor 108, and the accelerator opening is detected by the position sensor 101. The pre-correction target value calculation unit 95 calculates the pre-correction target value r based on the external input d using, for example, a map as shown in FIG. In the map, the target value r before correction is shown as a function of the engine speed NE and the accelerator opening AD.

リファレンスガバナ９４は、状態量ｙについての制約条件の充足度が高まるように修正前目標値ｒを修正して目標値ｗｆを導出する。具体的には、リファレンスガバナ９４は、状態量ｙについての制約条件の充足度を考慮して定められた目的関数の値が小さくなるように最適値探索を行うことによって目標値ｗｆを導出する。   The reference governor 94 derives the target value wf by correcting the pre-correction target value r so as to increase the degree of satisfaction of the constraint on the state quantity y. Specifically, the reference governor 94 derives the target value wf by performing an optimum value search so that the value of the objective function determined in consideration of the degree of satisfaction of the constraint on the state quantity y is reduced.

本実施形態では、目的関数Ｊ（ｗ）は下記の式（１）によって表される。
ここで、ｒは修正前目標値算出部９５から出力された修正前目標値であり、ｗは修正目標値であり、ｙ（ｋ）は状態量ｙの将来予測値であり、ｙLimは予め定められた状態量ｙの上限値であり、ｐは予め定められた重み係数である。また、ｋは離散時間ステップであり、Ｎｈは予測ステップ数（予測ホライズン）である。なお、制御出力ｘが過給圧及びＥＧＲ率である場合、修正前目標値ｒ及び修正目標値ｗは二次元ベクトルによって表される。 In the present embodiment, the objective function J (w) is represented by the following equation (1).
Here, r is the pre-correction target value output from the pre-correction target value calculation unit 95, w is the correction target value, y (k) is the future predicted value of the state quantity y, and y Lim is This is the upper limit value of the determined state quantity y, and p is a predetermined weight coefficient. K is a discrete time step, and Nh is the number of prediction steps (prediction horizon). When the control output x is the supercharging pressure and the EGR rate, the pre-correction target value r and the correction target value w are represented by a two-dimensional vector.

目的関数Ｊ（ｗ）は、目標値の修正量を表す修正項（式（１）の右辺第一項）と、状態量ｙについての制約条件の充足度を表すペナルティ関数（式（１）の右辺第二項）とを含む。修正項は、修正前目標値ｒと修正目標値ｗとの差の二乗である。このため、目的関数Ｊ（ｗ）の値は、修正前目標値ｒと修正目標値ｗとの差が小さいほど、すなわち目標値の修正量が小さいほど小さくなる。また、ペナルティ関数は、状態量ｙの将来予測値ｙ（ｋ）が上限値ｙLimを超えた場合に超過量がペナルティとして目的関数Ｊ（ｗ）に加えられるように構成されている。このため、目的関数Ｊ（ｗ）の値は、状態量ｙの将来予測値ｙ（ｋ）が上限値ｙLimを超える量が小さいほど小さくなる。 The objective function J (w) is composed of a correction term (the first term on the right side of Expression (1)) representing the correction amount of the target value and a penalty function (of Expression (1)) representing the degree of satisfaction of the constraint on the state quantity y. The second term on the right-hand side). The correction term is the square of the difference between the pre-correction target value r and the correction target value w. Therefore, the value of the objective function J (w) decreases as the difference between the pre-correction target value r and the correction target value w decreases, that is, as the correction amount of the target value decreases. Further, the penalty function is configured such that when the future predicted value y (k) of the state quantity y exceeds the upper limit y Lim , the excess amount is added to the objective function J (w) as a penalty. For this reason, the value of the objective function J (w) becomes smaller as the future predicted value y (k) of the state quantity y exceeds the upper limit y Lim .

リファレンスガバナ９４は内燃機関１のモデルを用いて状態量ｙの将来予測値ｙ（ｋ）を算出する。例えば、状態量ｙの将来予測値ｙ（ｋ）は下記の式（２）によって算出される。
ｙ（ｋ＋１）＝ｆ（ｙ（ｋ）,ｗ，ｄ）…（２）
ｆは、状態量ｙの将来予測値ｙ（ｋ）を算出するために用いられるモデル関数である。最初に、算出時点の状態量であるｙ（０）を用いて、算出時点から１ステップ先の状態量の予測値ｙ（１）が算出される。算出時点の状態量であるｙ（０）はセンサ等の検出器によって検出された検出値又は計算式等を用いて推定された推定値である。その後、算出時点からＮｈステップ先の状態量の予測値ｙ（Ｎｈ）まで状態量の将来予測値ｙ（ｋ）が順次算出され、合計Ｎｈ個の状態量の将来予測値が算出される。なお、１ステップに相当する時間に予測ステップ数Ｎｈを乗じた値が予測区間になる。 The reference governor 94 calculates a future predicted value y (k) of the state quantity y using the model of the internal combustion engine 1. For example, the future predicted value y (k) of the state quantity y is calculated by the following equation (2).
y (k + 1) = f (y (k), w, d) (2)
f is a model function used to calculate a future predicted value y (k) of the state quantity y. First, a predicted value y (1) of the state quantity one step ahead of the calculation time is calculated using the state quantity y (0) at the calculation time. The state quantity y (0) at the time of calculation is a detection value detected by a detector such as a sensor or an estimated value estimated using a calculation formula or the like. Thereafter, the future predicted value y (k) of the state quantity is sequentially calculated from the calculation time to the predicted value y (Nh) of the state quantity Nh steps ahead, and the future predicted values of a total of Nh state quantities are calculated. A value obtained by multiplying the time corresponding to one step by the number of predicted steps Nh is the predicted section.

図５は、勾配法による最適値探索を説明するための図である。図５に示されるｘ軸はＥＧＲ率の目標値を示し、図５に示されるｙ軸は過給圧の目標値を示している。また、図５に示される等高線は目的関数の値を示している。図５の例では、内側の等高線の値が外側の等高線の値よりも小さくなっている。   FIG. 5 is a diagram for explaining the optimum value search by the gradient method. The x-axis shown in FIG. 5 shows the target value of the EGR rate, and the y-axis shown in FIG. 5 shows the target value of the supercharging pressure. The contour lines shown in FIG. 5 indicate the values of the objective function. In the example of FIG. 5, the value of the inner contour is smaller than the value of the outer contour.

例えば、リファレンスガバナ９４は、現在の修正目標値ｗから所定量だけずらされた４つの近傍目標値ｗ１〜ｗ４における目的関数Ｊ（ｗ１）〜Ｊ（ｗ４）の値から算出される勾配の方向に修正目標値ｗを移動させることを繰り返すことによって目標値ｗｆを導出する。近傍目標値ｗ１は、ｙ軸の正の方向に微少量Δだけずらされた値である。近傍目標値ｗ２は、ｙ軸の負の方向に微少量Δだけずらされた値である。近傍目標値ｗ３は、ｘ軸の正の方向に微少量Δだけずらされた値である。近傍目標値ｗ４は、ｘ軸の負の方向に微少量Δだけずらされた値である。   For example, the reference governor 94 moves in the direction of the gradient calculated from the values of the objective functions J (w1) to J (w4) in four neighboring target values w1 to w4 shifted by a predetermined amount from the current correction target value w. The target value wf is derived by repeating moving the corrected target value w. The neighborhood target value w1 is a value shifted by a small amount Δ in the positive direction of the y-axis. The near target value w2 is a value shifted by a small amount Δ in the negative direction of the y-axis. The neighborhood target value w3 is a value shifted by a small amount Δ in the positive direction of the x-axis. The proximity target value w4 is a value shifted by a small amount Δ in the negative direction of the x-axis.

４つの近傍目標値ｗ１〜ｗ４における目的関数Ｊ（ｗ１）〜Ｊ（ｗ４）の値を算出するとき、各近傍目標値についての状態量ｙの将来予測値が上記式（２）を用いて算出される。上記式（１）を用いて目的関数Ｊ（ｗ１）〜Ｊ（ｗ４）の値が算出されると、下記の式（３）によってｘ軸方向の傾斜▽ｘが算出され、下記の式（４）によってｙ軸方向の傾斜▽ｙが算出される。
▽ｘ＝（Ｊ（ｗ３）−Ｊ（ｗ４））／２Δ…（３）
▽ｙ＝（Ｊ（ｗ１）−Ｊ（ｗ２））／２Δ…（４） When calculating the values of the objective functions J (w1) to J (w4) for the four neighboring target values w1 to w4, the future predicted value of the state quantity y for each of the neighboring target values is calculated using the above equation (2). Is done. When the values of the objective functions J (w1) to J (w4) are calculated using the above equation (1), the inclination ▽ x in the x-axis direction is calculated by the following equation (3), and the following equation (4) ) Calculates the inclination ▽ y in the y-axis direction.
▽ x = (J (w3) −J (w4)) / 2Δ (3)
▽ y = (J (w1) −J (w2)) / 2Δ (4)

次いで、図５に示されるように、ｘ軸方向の傾斜▽ｘとｙ軸方向の傾斜▽ｙとの合成ベクトルとして勾配▽ｗが算出される。この結果、修正目標値ｗが、勾配▽ｗの方向（負の方向）に移動され、修正目標値ｗｂから修正目標値ｗａに更新される。なお、最適値探索のための開始値、すなわち修正目標値ｗの初期値は修正前目標値ｒに設定される。リファレンスガバナ９４は、上述した方法による修正目標値ｗの更新を所定回数繰り返すことによって目標値ｗｆを導出することができる。   Next, as shown in FIG. 5, the gradient ▽ w is calculated as a composite vector of the gradient ▽ x in the x-axis direction and the gradient ▽ y in the y-axis direction. As a result, the correction target value w is moved in the direction of the gradient ▽ w (negative direction), and is updated from the correction target value wb to the correction target value wa. The start value for searching for the optimum value, that is, the initial value of the correction target value w is set to the pre-correction target value r. The reference governor 94 can derive the target value wf by repeating the update of the correction target value w by the above-described method a predetermined number of times.

本実施形態では、状態量ｙは、ターボチャージャ７に関する所定の温度を含む。例えば、ターボチャージャ７に関する所定の温度は、コンプレッサ７ａの出口における吸気管６の温度（以下、「出口配管温度」という）である。出口配管温度は制約条件として上限値を有する。   In the present embodiment, the state quantity y includes a predetermined temperature related to the turbocharger 7. For example, the predetermined temperature for the turbocharger 7 is the temperature of the intake pipe 6 at the outlet of the compressor 7a (hereinafter, referred to as “outlet pipe temperature”). The outlet pipe temperature has an upper limit as a constraint.

図６は、比較例における過給圧及び出口配管温度のタイムチャートを示す図である。過給圧のグラフでは、フィードバックコントローラ９２に入力される目標値ｗｆが一点鎖線で示され、実際の過給圧が実線で示され、修正前目標値ｒが二点鎖線によって示される。比較例では、リファレンスガバナ９４による修正前目標値ｒの修正が制限されていない。また、出口配管温度のグラフでは、出口配管温度の将来予測値が一点鎖線で示され、実際の出口配管温度が実線で示され、出口配管温度の上限値が破線で示されている。   FIG. 6 is a diagram showing a time chart of the supercharging pressure and the outlet pipe temperature in the comparative example. In the graph of the supercharging pressure, the target value wf input to the feedback controller 92 is indicated by a one-dot chain line, the actual supercharging pressure is indicated by a solid line, and the pre-correction target value r is indicated by a two-dot chain line. In the comparative example, the correction of the pre-correction target value r by the reference governor 94 is not limited. In the graph of the outlet pipe temperature, the predicted future value of the outlet pipe temperature is indicated by a dashed line, the actual outlet pipe temperature is indicated by a solid line, and the upper limit of the outlet pipe temperature is indicated by a broken line.

図６の例では、時刻ｔ１において内燃機関１の運転状態が変化し、修正前目標値ｒが高くされている。また、時刻ｔ１において、出口配管温度が上限値を超えることが予測され、リファレンスガバナ９４によって修正前目標値ｒが修正されて、目標値ｗｆが修正前目標値ｒよりも低くされる。   In the example of FIG. 6, the operation state of the internal combustion engine 1 changes at time t1, and the target value r before correction is increased. At time t1, it is predicted that the outlet pipe temperature will exceed the upper limit, and the reference governor 94 modifies the pre-correction target value r so that the target value wf becomes lower than the pre-correction target value r.

しかしながら、出口配管温度は過給圧の変化に対して遅れて変化する。このため、出口配管温度が上限値を超えることが予測されてから出口配管温度が実際に上限値に到達するまでに、時間がかかる。これは、過給圧の上昇によって排気ガスの温度が上昇し、排気ガスによって吸気管６が加熱されるまでに時間がかかることが原因であると考えられる。   However, the outlet pipe temperature changes with a delay with respect to the change of the supercharging pressure. For this reason, it takes time from when the outlet pipe temperature is predicted to exceed the upper limit to when the outlet pipe temperature actually reaches the upper limit. This is considered to be because the temperature of the exhaust gas increases due to the increase in the supercharging pressure, and it takes time until the intake pipe 6 is heated by the exhaust gas.

図６の例では、修正前目標値の修正が早すぎることで、出口配管温度の収束値と上限値との差が大きくなっている。すなわち、制約条件が過度に満たされており、内燃機関１におけるハードウェア資源が有効に活用されてない。また、修正前目標値ｒの修正が早すぎると、過給圧が修正前目標値ｒに達するまでの時間が長くなり、過給圧の応答性が悪化する。   In the example of FIG. 6, the difference between the convergence value of the outlet pipe temperature and the upper limit value increases because the correction of the target value before correction is too early. That is, the constraint condition is excessively satisfied, and the hardware resources in the internal combustion engine 1 are not effectively used. If the correction of the pre-correction target value r is too early, the time required for the supercharging pressure to reach the pre-correction target value r increases, and the responsiveness of the supercharging pressure deteriorates.

そこで、本実施形態では、リファレンスガバナ９４は、修正前目標値ｒに基づいて出口配管温度の将来予測値を算出し、将来予測値が上限値を超えている場合には、出口配管温度が上限値に達するまでの時間を算出し、算出した時間が所定値以下になったときに修正前目標値ｒの修正を開始する。このことによって、出口配管温度についての制約充足性を高めつつ、制御出力の応答性の悪化を抑制することができる。   Therefore, in the present embodiment, the reference governor 94 calculates a future predicted value of the outlet pipe temperature based on the target value r before correction, and when the future predicted value exceeds the upper limit, the outlet pipe temperature is set to the upper limit. A time required to reach the value is calculated, and when the calculated time becomes equal to or less than a predetermined value, correction of the pre-correction target value r is started. As a result, it is possible to suppress the deterioration of the responsiveness of the control output while improving the satisfaction of the restriction on the outlet pipe temperature.

図７は、本実施形態における過給圧及び出口配管温度のタイムチャートを示す図である。過給圧のグラフでは、フィードバックコントローラ９２に入力される目標値ｗｆが一点鎖線で示され、実際の過給圧が実線で示され、修正前目標値ｒが二点鎖線によって示される。また、出口配管温度のグラフでは、出口配管温度の将来予測値が一点鎖線で示され、実際の出口配管温度が実線で示され、出口配管温度の上限値が破線で示されている。   FIG. 7 is a diagram showing a time chart of the supercharging pressure and the outlet pipe temperature in the present embodiment. In the graph of the supercharging pressure, the target value wf input to the feedback controller 92 is indicated by a one-dot chain line, the actual supercharging pressure is indicated by a solid line, and the pre-correction target value r is indicated by a two-dot chain line. In the graph of the outlet pipe temperature, the predicted future value of the outlet pipe temperature is indicated by a dashed line, the actual outlet pipe temperature is indicated by a solid line, and the upper limit of the outlet pipe temperature is indicated by a broken line.

図７の例においても、時刻ｔ１において内燃機関１の運転状態が変化し、修正前目標値ｒが高くされている。また、時刻ｔ１において、出口配管温度が上限値を超えることが予測されている。しかしながら、時刻ｔ１では、出口配管温度が上限値に達するまでの時間が所定値Ｘよりも長いため、修正前目標値ｒが修正されない。すなわち、修正前目標値ｒが目標値ｗｆに設定される。なお、出口配管温度が上限値に達するまでの時間（以下、「上限値到達時間」という）はリファレンスガバナ９４によって算出される。   Also in the example of FIG. 7, at time t1, the operating state of the internal combustion engine 1 changes, and the target value r before correction is increased. At time t1, the outlet pipe temperature is predicted to exceed the upper limit. However, at time t1, the time before the outlet pipe temperature reaches the upper limit value is longer than the predetermined value X, and thus the pre-correction target value r is not corrected. That is, the pre-correction target value r is set to the target value wf. The time required for the outlet pipe temperature to reach the upper limit (hereinafter referred to as “upper limit arrival time”) is calculated by the reference governor 94.

時刻ｔ１の後、上限値到達時間が徐々に短くなり、時刻ｔ２において上限値到達時間が所定値Ｘに達している。この結果、時刻ｔ２において、リファレンスガバナ９４による修正前目標値ｒの修正が開始され、リファレンスガバナ９４によって修正された目標値が目標値ｗｆに設定される。具体的には、リファレンスガバナ９４によって修正前目標値ｒが修正されて、目標値ｗｆが修正前目標値ｒよりも低くされる。   After time t1, the time to reach the upper limit gradually decreases, and the time to reach the upper limit reaches the predetermined value X at time t2. As a result, at time t2, the correction of the pre-correction target value r by the reference governor 94 is started, and the target value corrected by the reference governor 94 is set as the target value wf. Specifically, the target value r before correction is corrected by the reference governor 94, and the target value wf is made lower than the target value r before correction.

図７の例では、出口配管温度がほぼ上限値に収束している。したがって、本実施形態では、制約条件を満たしつつ、内燃機関１におけるハードウェア資源を有効に活用することができる。また、修正前目標値ｒの修正が適切なタイミングで開始されるため、過給圧の応答性の悪化を抑制することができる。   In the example of FIG. 7, the outlet pipe temperature converges to almost the upper limit. Therefore, in the present embodiment, hardware resources in the internal combustion engine 1 can be effectively used while satisfying the constraint conditions. Further, since the correction of the pre-correction target value r is started at an appropriate timing, it is possible to suppress the deterioration of the responsiveness of the boost pressure.

＜目標値導出処理＞
以下、図８のフローチャートを参照して、上述した制御について詳細に説明する。図８は、本実施形態における目標値導出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、目標値を導出するためにＥＣＵ８０によって所定の実行間隔で実行される。 <Target value derivation processing>
Hereinafter, the above-described control will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. FIG. 8 is a flowchart illustrating a control routine of a target value deriving process according to the present embodiment. This control routine is executed at predetermined execution intervals by the ECU 80 in order to derive a target value.

最初に、ステップＳ１０１において、修正前目標値算出部９５は外生入力ｄを取得する。外生入力ｄは例えば機関回転数及びアクセル開度であり、機関回転数はクランク角センサ１０８によって検出され、アクセル開度はポジションセンサ１０１によって検出される。なお、外生入力ｄは機関回転数及び燃料噴射量であってもよい。   First, in step S101, the pre-correction target value calculation unit 95 acquires the external input d. The external input d is, for example, the engine speed and the accelerator opening. The engine speed is detected by the crank angle sensor 108, and the accelerator opening is detected by the position sensor 101. The external input d may be the engine speed and the fuel injection amount.

次いで、ステップＳ１０２において、修正前目標値算出部９５は、例えば図４に示されるようなマップを用いて、外生入力ｄに基づいて過給圧及びＥＧＲ率の修正前目標値ｒを算出する。   Next, in step S102, the pre-correction target value calculation unit 95 calculates the pre-correction target values r of the supercharging pressure and the EGR rate based on the external input d using, for example, a map as shown in FIG. .

次いで、ステップＳ１０３において、リファレンスガバナ９４は修正前目標値ｒに基づいて出口配管温度の将来予測値を算出する。例えば、リファレンスガバナ９４は下記式（５）によって出口配管温度の将来予測値のピーク値Ｔpeakを算出する。
Next, in step S103, the reference governor 94 calculates a predicted future value of the outlet pipe temperature based on the target value r before correction. For example, the reference governor 94 calculates the peak value T peak of the predicted future value of the outlet pipe temperature by the following equation (5).

ここで、ζ、Ｋpim、Ｋegr及びＫfuelは、実験、シミュレーション等によって予め定められた定数である。また、Ｐrは過給圧の修正前目標値であり、Ｐpreは過給圧の現在値であり、ＥrはＥＧＲ率の修正前目標値であり、ＥpreはＥＧＲ率の現在値であり、Ｆpreは燃料噴射量の現在値である。過給圧の現在値Ｐpreは吸気圧センサ４２によって検出される。ＥＧＲ率の現在値ＥpreはＥＧＲ弁６３の開度等に基づいて公知の手法によって算出される。また、Ｔconvは、出口配管温度の収束値であり、例えば機関回転数及び燃料噴射量に基づいてマップ等を用いて算出される。 Here, ζ, K pim , K egr and K fuel are constants determined in advance by experiments, simulations, and the like. Also, P r is the corrected previous target value of the supercharging pressure, P pre is the current value of the boost pressure, E r is the corrected previous target value of the EGR rate, the current value of E pre is EGR rate Yes , F pre is the current value of the fuel injection amount. The current value P pre of the supercharging pressure is detected by the intake pressure sensor 42. The current value E pre of the EGR rate is calculated by a known method based on the opening degree of the EGR valve 63 and the like. T conv is a convergence value of the outlet pipe temperature, and is calculated using a map or the like based on, for example, the engine speed and the fuel injection amount.

なお、リファレンスガバナ９４は上記式（２）を用いて出口配管温度の将来予測値を算出してもよい。この場合、上記式（２）に代入される修正目標値ｗとして、修正前目標値ｒが用いられる。   Note that the reference governor 94 may calculate a predicted future value of the outlet pipe temperature using the above equation (2). In this case, the pre-correction target value r is used as the correction target value w substituted in the above equation (2).

次いで、ステップＳ１０４において、リファレンスガバナ９４は、出口配管温度の将来予測値が上限値を超えているか否かを判定する。出口配管温度の上限値は予め定められる。ステップＳ１０４において出口配管温度の将来予測値が上限値を超えていると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０５に進む。   Next, in step S104, the reference governor 94 determines whether or not the predicted future value of the outlet pipe temperature exceeds the upper limit. The upper limit of the outlet pipe temperature is predetermined. If it is determined in step S104 that the future predicted value of the outlet pipe temperature exceeds the upper limit, the control routine proceeds to step S105.

ステップＳ１０５では、リファレンスガバナ９４は上限値到達時間ＥＴ（ｓｅｃ）を算出する。例えば、リファレンスガバナ９４は下記式（６）を用いて上限値到達時間ＥＴを算出する。
ＥＴ＝（Ｔlim−Ｔtube）／δＴ…（６） In step S105, the reference governor 94 calculates the upper limit value arrival time ET (sec). For example, the reference governor 94 calculates the upper limit value arrival time ET using the following equation (6).
ET = (T lim −T tube ) / δT (6)

ここで、Ｔlim（Ｋ）は出口配管温度の上限値である。また、Ｔtube（Ｋ）は、出口配管温度であり、配管温度センサ４４によって検出される。また、δＴ（Ｋ／ｓｅｃ）は出口配管温度の上昇速度である。上昇速度δＴは、コンプレッサ７ａから流出する吸入空気の温度Ｔgas（Ｋ）と出口配管温度Ｔtube（ｋ）との温度差Ｔdif（ｋ）と、コンプレッサ７ａから流出する吸入空気の流量Ｇａ（ｇ／ｓｅｃ）とに応じて変化する。このため、リファレンスガバナ９４は例えばマップ等を用いて温度差Ｔdif（＝Ｔgas−Ｔtube）及び吸入空気の流量Ｇａに基づいて上昇速度δＴを算出する。コンプレッサ７ａから流出する吸入空気の温度Ｔgasは吸気温度センサ４３によって検出される。コンプレッサ７ａから流出する吸入空気の流量Ｇａはエアフロメータ１０２によって検出される。 Here, T lim (K) is the upper limit of the outlet pipe temperature. T tube (K) is the outlet pipe temperature, which is detected by the pipe temperature sensor 44. ΔT (K / sec) is the rate of rise of the outlet pipe temperature. The rising speed δT is determined by the temperature difference T dif (k) between the temperature T gas (K) of the intake air flowing out of the compressor 7a and the outlet pipe temperature T tube (k), and the flow rate Ga ( g / sec). Therefore, the reference governor 94 calculates the rising speed δT based on the temperature difference T dif (= T gas −T tube ) and the flow rate Ga of the intake air using, for example, a map or the like. The temperature T gas of the intake air flowing out of the compressor 7 a is detected by an intake air temperature sensor 43. The flow rate Ga of the intake air flowing out of the compressor 7a is detected by the air flow meter 102.

次いで、ステップＳ１０６において、リファレンスガバナ９４は、上限値到達時間ＥＴが所定値Ｘ以下であるか否かを判定する。所定値Ｘは、実験、シミュレーション等によって予め定められる。上限値到達時間ＥＴが所定値Ｘ以下であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０７に進む。   Next, in step S106, the reference governor 94 determines whether the upper limit value arrival time ET is equal to or shorter than a predetermined value X. The predetermined value X is predetermined by an experiment, a simulation, or the like. When it is determined that the upper limit value arrival time ET is equal to or shorter than the predetermined value X, the control routine proceeds to step S107.

ステップＳ１０７において、リファレンスガバナ９４は、目的関数の値が小さくなるように勾配法による最適値探索を行うことによって過給圧及びＥＧＲ率の修正前目標値ｒを修正する。次いで、ステップＳ１０８において、リファレンスガバナ９４は最終的な修正目標値ｗを目標値ｗｆに設定する。すなわち、リファレンスガバナ９４は最終的な修正目標値ｗをフィードバックコントローラ９２に入力する。ステップＳ１０８の後、本制御ルーチンは終了する。   In step S107, the reference governor 94 corrects the pre-correction target values r of the supercharging pressure and the EGR rate by performing an optimum value search by the gradient method so as to reduce the value of the objective function. Next, in step S108, the reference governor 94 sets the final corrected target value w to the target value wf. That is, the reference governor 94 inputs the final corrected target value w to the feedback controller 92. After step S108, the present control routine ends.

一方、ステップＳ１０４において出口配管温度の将来予測値が上限値を超えていないと判定された場合、又はステップＳ１０６において上限値到達時間ＥＴが所定値Ｘよりも長いと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９では、リファレンスガバナ９４は、修正前目標値ｒを修正することなく、修正前目標値ｒを目標値ｗｆに設定する。すなわち、リファレンスガバナ９４は修正前目標値ｒをフィードバックコントローラ９２に入力する。ステップＳ１０９の後、本制御ルーチンは終了する。   On the other hand, if it is determined in step S104 that the future predicted value of the outlet pipe temperature does not exceed the upper limit value, or if it is determined in step S106 that the upper limit value reaching time ET is longer than the predetermined value X, the present control routine Goes to step S109. In step S109, the reference governor 94 sets the pre-correction target value r to the target value wf without correcting the pre-correction target value r. That is, the reference governor 94 inputs the pre-correction target value r to the feedback controller 92. After step S109, this control routine ends.

なお、ステップＳ１０７において、目的関数の値が小さくなるように修正目標値ｗを更新できれば、勾配法以外の方法によって最適値探索が行われてもよい。   In step S107, if the corrected target value w can be updated so that the value of the objective function becomes smaller, the optimum value search may be performed by a method other than the gradient method.

以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。例えば、過給圧、出口配管温度、コンプレッサ７ａから流出する吸入空気の温度、及びコンプレッサ７ａから流出する吸入空気の流量Ｇａは、センサを用いることなく公知の手法によって算出されてもよい。   The preferred embodiments according to the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims. For example, the supercharging pressure, the outlet pipe temperature, the temperature of the intake air flowing out of the compressor 7a, and the flow rate Ga of the intake air flowing out of the compressor 7a may be calculated by a known method without using a sensor.

また、状態量ｙは、ターボチャージャ７に関する所定の温度として、出口配管温度の代わりに、タービン７ｂの温度を含んでいてもよい。この場合、リファレンスガバナ９４は、修正前目標値ｒに基づいてタービン７ｂの温度の将来予測値を算出し、将来予測値が上限値を超えている場合には、タービン７ｂの温度が上限値に達するまでの時間を算出し、算出した時間が所定値以下になったときに修正前目標値ｒの修正を開始する。   Further, the state quantity y may include the temperature of the turbine 7b instead of the outlet pipe temperature as the predetermined temperature related to the turbocharger 7. In this case, the reference governor 94 calculates a future predicted value of the temperature of the turbine 7b based on the pre-correction target value r, and when the future predicted value exceeds the upper limit, the temperature of the turbine 7b becomes the upper limit. The time to reach is calculated, and when the calculated time becomes equal to or less than a predetermined value, the correction of the pre-correction target value r is started.

また、状態量ｙは、ターボチャージャ７に関する所定の温度に加えて、ターボチャージャ７に関する所定の温度よりも制御出力に対する応答性が高い他のパラメータ（例えば、過給圧、ＥＧＲ率、タービン７ｂの回転数等）を含んでいてもよい。この場合、リファレンスガバナ９４は、他のパラメータの将来予測値が上限値を超えると判定したときに、修正前目標値ｒの修正を開始してもよい。   Further, in addition to the predetermined temperature related to the turbocharger 7, the state quantity y is determined by other parameters (for example, the supercharging pressure, the EGR rate, and the turbine 7b) whose response to the control output is higher than the predetermined temperature related to the turbocharger 7. Rotation speed). In this case, the reference governor 94 may start correcting the pre-correction target value r when determining that the future predicted value of another parameter exceeds the upper limit.

また、内燃機関１は火花点火式内燃機関（例えば、ガソリンエンジン）であってもよい。また、過給圧は、可変ノズル７ｃの代わりに、バイパス通路に設けられたウエストゲートバルブによって調整されてもよい。この場合、制御入力ｕとして、可変ノズル７ｃの開度の代わりにウエストゲートバルブの開度が用いられる。   Further, the internal combustion engine 1 may be a spark ignition type internal combustion engine (for example, a gasoline engine). Further, the supercharging pressure may be adjusted by a waste gate valve provided in a bypass passage instead of the variable nozzle 7c. In this case, the opening of the waste gate valve is used as the control input u instead of the opening of the variable nozzle 7c.

また、内燃機関１は、ＨＰＬ方式のＥＧＲシステムの代わりに低圧ループ方式（ＬＰＬ方式）のＥＧＲシステムを備えてもよい。この場合、ＥＧＲ通路１４は排気浄化触媒２８よりも下流側の排気通路とコンプレッサ７ａよりも上流側の吸気通路とに接続される。   Further, the internal combustion engine 1 may include a low-pressure loop (LPL) EGR system instead of the HPL EGR system. In this case, the EGR passage 14 is connected to an exhaust passage downstream of the exhaust purification catalyst 28 and an intake passage upstream of the compressor 7a.

１ 内燃機関
７ ターボチャージャ
８０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
９２ フィードバックコントローラ
９４ リファレンスガバナ
９５ 修正前目標値算出部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 7 Turbocharger 80 Electronic control unit (ECU)
92 Feedback controller 94 Reference governor 95 Pre-correction target value calculation unit

Claims (1)

ターボチャージャ及びＥＧＲシステムを備えた内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置であって、
過給圧及びＥＧＲ率が目標値に近付くように前記内燃機関の制御入力を決定するフィードバックコントローラと、
前記内燃機関の所定のパラメータに基づいて過給圧及びＥＧＲ率の修正前目標値を算出する修正前目標値算出部と、
前記ターボチャージャに関する所定の温度についての制約条件の充足度が高まるように前記修正前目標値を修正して前記目標値を導出するリファレンスガバナと
を備え、
前記リファレンスガバナは、前記修正前目標値に基づいて前記温度の将来予測値を算出し、該将来予測値が上限値を超えている場合には、前記温度が前記上限値に達するまでの時間を算出し、該時間が所定値以下になったときに前記修正前目標値の修正を開始する、内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine, which controls an internal combustion engine including a turbocharger and an EGR system,
A feedback controller that determines a control input of the internal combustion engine so that a supercharging pressure and an EGR rate approach target values;
A pre-correction target value calculation unit that calculates pre-correction target values of the supercharging pressure and the EGR rate based on predetermined parameters of the internal combustion engine;
A reference governor that derives the target value by correcting the target value before correction so that the degree of satisfaction of the constraint condition for the predetermined temperature related to the turbocharger is increased,
The reference governor calculates a future predicted value of the temperature based on the pre-correction target value, and when the future predicted value exceeds an upper limit value, calculates a time until the temperature reaches the upper limit value. A control device for an internal combustion engine that calculates and starts correcting the pre-correction target value when the time becomes equal to or less than a predetermined value.
JP2018154858A 2018-08-21 2018-08-21 Internal combustion engine control apparatus Pending JP2020029793A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018154858A JP2020029793A (en) 2018-08-21 2018-08-21 Internal combustion engine control apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018154858A JP2020029793A (en) 2018-08-21 2018-08-21 Internal combustion engine control apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2020029793A true JP2020029793A (en) 2020-02-27

Family

ID=69624003

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018154858A Pending JP2020029793A (en) 2018-08-21 2018-08-21 Internal combustion engine control apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2020029793A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112729082A (en) * 2020-12-22 2021-04-30 中交四航工程研究院有限公司 Entity member external constraint degree evaluation method based on integral deformation monitoring

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112729082A (en) * 2020-12-22 2021-04-30 中交四航工程研究院有限公司 Entity member external constraint degree evaluation method based on integral deformation monitoring
CN112729082B (en) * 2020-12-22 2022-05-17 中交四航工程研究院有限公司 Entity member external constraint degree evaluation method based on integral deformation monitoring

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8820297B2 (en) Control device for internal combustion engine
CN108026846B (en) Exhaust gas recirculation control method and exhaust gas recirculation control device
JP4631598B2 (en) Supercharging pressure control device
RU2614050C1 (en) Control device for internal combustion engine
KR101563831B1 (en) Control apparatus for internal combustion engine
JP2014202137A (en) Exhaust gas recirculation device of engine
JP2013060914A (en) Control device of internal combustion engine
WO2018096986A1 (en) Control device for internal combustion engine
JP2020029793A (en) Internal combustion engine control apparatus
JP2018155167A (en) Control device of internal combustion engine
JP2010013992A (en) Engine control device
JP5076879B2 (en) Fuel injection control system for internal combustion engine
JP2020020295A (en) Control device of internal combustion engine
US20200200100A1 (en) Throttle Valve Controller Device for Internal Combustion Engine
JP2023042728A (en) Control device for internal combustion engine system
JP6274183B2 (en) Control device for internal combustion engine
JP2017020357A (en) Control device of internal combustion engine
US20200025117A1 (en) Controller for internal combustion engine
US10947915B2 (en) Control system
JP2019094862A (en) Plant control device
JP2016098771A (en) Control device of internal combustion engine
JP2019138154A (en) Device for controlling internal combustion engine
JP2016205160A (en) Control device for internal combustion engine
JP2019019767A (en) Control device of internal combustion engine
JP2019152122A (en) Internal combustion engine system