JP4583943B2 - Supercharging pressure control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、ターボチャージャを備えた内燃機関の過給圧制御装置に関する。 The present invention relates to a supercharging pressure control device for an internal combustion engine equipped with a turbocharger.
内燃機関に吸入される空気を加圧するコンプレッサホイールと、該コンプレッサホイールと連結され、排気ガスの運動エネルギにより回転駆動されるタービンホイールと、該タービンホイールに吹き付けられる排気ガスの流量を変化させるべく開閉駆動される可変ベーンとを有する可変容量型のターボチャージャは、広く知られている。 A compressor wheel that pressurizes air sucked into the internal combustion engine, a turbine wheel that is connected to the compressor wheel and is rotationally driven by the kinetic energy of the exhaust gas, and is opened and closed to change the flow rate of the exhaust gas blown to the turbine wheel Variable capacity turbochargers having a variable vane to be driven are widely known.
また排気ガスに含まれるNOxを低減するために、排気ガスを吸気系に還流させる排気還流機構を備えた内燃機関も広く用いられている。排気還流機構は排気還流量を制御する排気還流弁を備えており、その排気還流弁の開度の変更は、タービンホイールに供給される排気ガスの圧力(タービンホイールの上流側の排気圧)及び過給圧に影響を及ぼす。 In order to reduce NOx contained in the exhaust gas, an internal combustion engine provided with an exhaust gas recirculation mechanism that recirculates the exhaust gas to the intake system is also widely used. The exhaust gas recirculation mechanism is provided with an exhaust gas recirculation valve that controls the exhaust gas recirculation amount, and the change in the opening degree of the exhaust gas recirculation valve depends on the pressure of exhaust gas supplied to the turbine wheel (exhaust pressure on the upstream side of the turbine wheel) and Affects supercharging pressure.
特許文献1には、内燃機関の燃焼モデルを用いて、排気還流弁及びターボチャージャの可変ベーンの開度を制御する制御方法が示されている。この方法によれば、排気還流弁の開度を制御する制御量に応じた吸入空気流量の変化が、過給圧制御部に入力され、排気還流量に応じた可変ベーン開度の調整が行われる。
特許文献1に示された制御方法では、排気還流弁の制御量を過給圧制御部に入力するために、過渡特性を改善するための補償処理(図2のブロック140)、及び排気還流弁の制御量を吸入空気流量の変化に換算する処理(図2のブロック142)が必要となり、制御系の構成が複雑化するという課題がある。
In the control method disclosed in
本発明はこの点に着目してなされたもので、比較的簡単な構成の制御系により、排気還流量に応じた、応答性のよい過給圧制御を行うことができる過給圧制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to this point, and provides a supercharging pressure control device capable of performing supercharging pressure control with good responsiveness according to the exhaust gas recirculation amount by a control system having a relatively simple configuration. The purpose is to provide.
上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、内燃機関(1)に吸入される空気を加圧するコンプレッサホイール(15)と、該コンプレッサホイール(15)と連結され、前記機関の排気ガスの運動エネルギにより回転駆動されるタービンホイール(10)とを有するターボチャージャ(8)と、前記タービンホイール(10)に吹き付けられる排気ガスの流量を変化させる排気ガス流量可変手段(12)と、前記タービンホイール(10)の上流側から排気ガスを吸気系に還流する排気還流機構(5,6)とを備えた内燃機関の過給圧制御装置において、前記機関の運転状態に基づいて、前記排気還流機構を通過する排気還流量を制御するための排気還流弁(6)のリフト量指令値(LCMD)を算出し、前記排気還流弁のリフト量(LACT)を前記リフト量指令値(LCMD)と一致するように制御するEGR制御器(33)と、前記タービンホイール(10)の上流側の排気圧(P3)を検出する上流側排気圧検出手段(23)と、前記機関の吸気系から排気系までの制御対象をモデル化した制御対象モデルに基づいて、前記上流側排気圧検出手段により検出される上流側排気圧(P3)が目標排気圧(P3CMDF)と一致するように、前記排気ガス流量可変手段(12)を制御する制御手段を備え、前記制御対象モデルは、制御入力である前記排気ガス流量可変手段(12)の操作量(VO)に乗算される第1モデルパラメータ(b)と、前記制御対象に加わる外乱を示す第2モデルパラメータ(c)とを用いて定義されており、前記第2モデルパラメータ(c)が、前記排気還流機構を通過する排気還流量(mrdot)の関数であり、前記制御手段は、前記第1及び第2モデルパラメータ(b,c)を同定する同定手段を有し、同定したモデルパラメータを用いて前記制御を行うことを特徴とする。
In order to achieve the above object, an invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の過給圧制御装置において、前記制御手段は、同定したモデルパラメータを用いてスライディングモード制御により前記制御を行うことを特徴とする。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の過給圧制御装置において、過給圧(P2)を検出する過給圧検出手段(22)をさらに備え、前記制御手段は、前記機関の運転状態に応じて目標過給圧(P2CMD)を設定する目標過給圧設定手段と、検出される過給圧(P2)が、前記目標過給圧(P2CMD)と一致するように前記目標上流側排気圧(P3CMD)を設定する目標上流側排気圧設定手段とを備えることを特徴とする。 A third aspect of the present invention is the supercharging pressure control device according to the first or second aspect , further comprising a supercharging pressure detecting means (22) for detecting a supercharging pressure (P2), wherein the control means comprises: The target boost pressure setting means for setting the target boost pressure (P2CMD) according to the operating state of the engine, and the detected boost pressure (P2) match the target boost pressure (P2CMD). And target upstream exhaust pressure setting means for setting the target upstream exhaust pressure (P3CMD).
請求項4に記載の発明は、請求項1から3の何れか1項に記載の過給圧制御装置において、前記タービンホイールの下流側の排気圧(P4)を検出する下流側排気圧検出手段(26)をさらに備え、前記制御手段は、前記下流側排気圧(P4)に対する前記上流側排気圧(P3)の圧力比(PR=P3/P4)が所定圧力比(PR0)を超えないように、前記排気ガス流量可変手段(12)を制御することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the supercharging pressure control device according to any one of the first to third aspects, a downstream side exhaust pressure detecting means for detecting an exhaust pressure (P4) downstream of the turbine wheel. (26), wherein the control means prevents the pressure ratio (PR = P3 / P4) of the upstream exhaust pressure (P3) to the downstream exhaust pressure (P4) from exceeding a predetermined pressure ratio (PR0). Further, the exhaust gas flow rate varying means (12) is controlled.
具体的には、前記目標上流側排気圧設定手段は、検出される下流側排気圧(P4)に前記所定圧力比(PR0)を乗算することにより上流側リミット値(P3LMT)を算出し、該上流側リミット値(P3LMT)を越えないように、前記目標上流側排気圧(P3CMDF)を設定することが望ましい。
また前記排気ガス流量可変手段は、タービンホイールに吹き付けられる排気ガスの流量を変化させるべく開閉駆動される可変ベーンとすることが望ましい。
Specifically, the target upstream exhaust pressure setting means calculates an upstream limit value (P3LMT) by multiplying the detected downstream exhaust pressure (P4) by the predetermined pressure ratio (PR0), It is desirable to set the target upstream exhaust pressure (P3CMDF) so as not to exceed the upstream limit value (P3LMT).
The exhaust gas flow rate varying means is preferably a variable vane that is driven to open and close to change the flow rate of the exhaust gas blown to the turbine wheel.
請求項1に記載の発明によれば、機関の吸気系から排気系までの制御対象をモデル化した制御対象モデルに基づいて、検出される上流側排気圧が目標排気圧と一致するように、排気ガス流量可変手段が制御される。制御対象モデルは、制御入力である排気ガス流量可変手段の操作量に乗算される第1モデルパラメータと、制御対象に加わる外乱を示す第2モデルパラメータとを用いて定義されており、第2モデルパラメータが、排気還流機構を通過する排気還流量の関数となっているので、その排気還流量の関数となっている第2モデルパラメータを同定し、該同定したモデルパラメータを用いることによって、排気還流量の影響を加味した排気圧制御及び過給圧制御が行われる。したがって、比較的簡単な構成で、排気還流量に応じた、応答性のよい過給圧制御を行うことができる。また、制御対象モデルは、排気ガス流量可変手段の操作量を制御入力とし、タービンホイールの上流側の排気圧を制御出力とするものであるので、制御対象モデルに基づいて上流側排気圧を迅速に目標上流側排気圧と一致させることができる。 According to the first aspect of the present invention, based on the controlled object model that models the controlled object from the intake system to the exhaust system of the engine, the detected upstream exhaust pressure matches the target exhaust pressure. The exhaust gas flow rate variable means is controlled. The controlled object model is defined using a first model parameter that is multiplied by an operation amount of the exhaust gas flow rate varying means that is a control input, and a second model parameter that indicates a disturbance applied to the controlled object. Since the parameter is a function of the exhaust gas recirculation amount passing through the exhaust gas recirculation mechanism, the second model parameter that is a function of the exhaust gas recirculation amount is identified, and the exhaust gas return is obtained by using the identified model parameter. Exhaust pressure control and supercharging pressure control are performed in consideration of the influence of the flow rate. Therefore, it is possible to perform supercharging pressure control with good responsiveness according to the exhaust gas recirculation amount with a relatively simple configuration. In addition, since the control target model uses the operation amount of the exhaust gas flow rate varying means as the control input and the exhaust pressure upstream of the turbine wheel as the control output, the upstream exhaust pressure can be quickly adjusted based on the control target model. To the target upstream exhaust pressure.
請求項2に記載の発明によれば、同定したモデルパラメータを用いてスライディングモード制御により、排気ガス流量可変手段の操作量が制御される。スライディングモード制御は、モデル化誤差(実際の制御対象の特性と、制御対象モデルの特性との差)があっても比較的良好な制御特性を得ることができるロバスト性を有するので、例えば制御系のむだ時間を「0」とした制御対象モデルを用いても、良好な制御性を得ることができる。 According to the second aspect of the present invention, the operation amount of the exhaust gas flow rate varying means is controlled by the sliding mode control using the identified model parameter. Since the sliding mode control has robustness capable of obtaining a relatively good control characteristic even if there is a modeling error (difference between the characteristic of the actual controlled object and the characteristic of the controlled object model), for example, the control system Good controllability can be obtained even if a controlled object model having a dead time of “0” is used.
請求項3に記載の発明によれば、機関の運転状態に応じて目標過給圧が設定され、検出される過給圧が目標過給圧と一致するように目標上流側排気圧が設定され、検出される上流側排気圧が目標上流側排気圧と一致するように排気ガス流量可変手段の操作量が制御される。このように2つのフィードバック制御を含むカスケード制御を採用することにより、制御性能を向上させることができる。 According to the third aspect of the invention, the target boost pressure is set according to the engine operating state, and the target upstream exhaust pressure is set so that the detected boost pressure matches the target boost pressure. The operation amount of the exhaust gas flow rate varying means is controlled so that the detected upstream exhaust pressure matches the target upstream exhaust pressure. Thus, by adopting cascade control including two feedback controls, control performance can be improved.
請求項4に記載の発明によれば、下流側排気圧に対する上流側排気圧の圧力比が所定圧力比を超えないように、排気ガス流量可変手段が制御される。一般に、下流側排気圧に対する上流側排気圧の圧力比が増加すると、タービンホイールを駆動する排気ガスの質量流量(以下単に「タービン通過排気ガス流量」という)は増加するが、排気ガスの流速が音速に達する圧力比PR0を超えると、ほとんど増加しなくなる。したがって、所定圧力比を圧力比PR0近傍に設定することにより、例えば機関の加速時に、上流側排気圧を過度の上昇させることなく、タービン通過排気ガス流量を迅速に増加させ、過給圧を迅速に高めることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the exhaust gas flow rate varying means is controlled so that the pressure ratio of the upstream exhaust pressure to the downstream exhaust pressure does not exceed the predetermined pressure ratio. Generally, when the pressure ratio of the upstream exhaust pressure to the downstream exhaust pressure increases, the mass flow rate of exhaust gas that drives the turbine wheel (hereinafter simply referred to as “turbine passing exhaust gas flow rate”) increases, but the exhaust gas flow rate increases. When the pressure ratio PR0 reaching the speed of sound is exceeded, it hardly increases. Therefore, by setting the predetermined pressure ratio in the vicinity of the pressure ratio PR0, for example, when the engine is accelerated, the exhaust gas flow rate through the turbine is rapidly increased without excessively increasing the upstream exhaust pressure, and the supercharging pressure is quickly increased. Can be increased.
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は本発明の一実施形態にかかる内燃機関と、その制御装置の構成を示す図である。内燃機関(以下「エンジン」という)1は、シリンダ内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒に燃料噴射弁9が設けられている。燃料噴射弁9は、電子制御ユニット(以下「ECU」という)20に電気的に接続されており、燃料噴射弁9の開弁時間は、ECU20により制御される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine and a control device thereof according to an embodiment of the present invention. An internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 1 is a diesel engine that directly injects fuel into a cylinder, and a fuel injection valve 9 is provided in each cylinder. The fuel injection valve 9 is electrically connected to an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 20, and the valve opening time of the fuel injection valve 9 is controlled by the
エンジン1は、吸気管2,排気管4、及びターボチャージャ8を備えている。ターボチャージャ8は、排気の運動エネルギにより回転駆動されるタービンホイール10を有するタービン11と、タービンホイール10とシャフト14を介して連結されたコンプレッサホイール15を有するコンプレッサ16とを備えている。コンプレッサホイール15は、エンジン1に吸入される空気の加圧(圧縮)を行う。
The
タービン11は、タービンホイール10に吹き付けられる排気ガスの流量を変化させるべく開閉駆動される複数の可変ベーン12(2個のみ図示)及び該可変ベーンを開閉駆動するアクチュエータ(図示せず)を有しており、可変ベーン12の開度(以下「ベーン開度」という)VOを変化させることにより、タービンホイール10に吹き付けられる排気ガスの流量を変化させ、タービンホイール10の回転速度を変更できるように構成されている。可変ベーン12を駆動するアクチュエータは、ECU20に接続されており、ベーン開度VOは、ECU20により制御される。より具体的には、ECU20は、デューティ比可変の制御信号をアクチュエータに供給し、これによってベーン開度VOを制御する。なお、可変ベーンを有するターボチャージャの構成は広く知られており、例えば特開平1−208501号公報に示されている。
The
排気管4と吸気管2との間には、排気ガスを吸気管2に環流する排気還流通路5が設けられている。排気還流通路5には、排気還流量を制御するための排気還流弁(以下[EGR弁」という)6が設けられている。EGR弁6は、ソレノイドを有する電磁弁であり、その弁開度はECU20により制御される。EGR弁6には、その弁開度(弁リフト量)LACTを検出するリフトセンサ7が設けられており、その検出信号はECU20に供給される。排気還流通路5及びEGR弁6より、排気還流機構が構成される。
Between the exhaust pipe 4 and the
吸気管2には、吸入空気流量GAを検出する吸入空気流量センサ21、コンプレッサ16の下流側の吸気圧(過給圧)P2を検出する過給圧センサ22、及び吸気温Tiを検出する吸気温センサ23が設けられている。また、排気管4には、排気温Teを検出する排気温センサ24、タービン11の上流側の排気圧P3を検出する上流側排気圧センサ25、及びタービン11の下流側の排気圧P4を検出する下流側排気圧センサ26が設けられている。これらのセンサ21〜26は、ECU20と接続されており、センサ21〜26の検出信号は、ECU20に供給される。
The
排気管4の、下流側排気圧センサ26の下流側には、排気ガス中に含まれる粒子状物質(主としてすすからなる)を捕集する粒子状物質フィルタ(以下「DPF」という)17が設けられている。
エンジン1により駆動される車両のアクセルペダル(図示せず)の踏み込み量(以下「アクセルペダル操作量」という)APを検出するアクセルセンサ27、及びエンジン回転数(回転速度)NEを検出するエンジン回転数センサ28がECU20に接続されており、これらのセンサの検出信号は、ECU20に供給される。
A particulate matter filter (hereinafter referred to as “DPF”) 17 that collects particulate matter (mainly composed of soot) contained in the exhaust gas is provided on the exhaust pipe 4 downstream of the downstream
An
ECU20は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット(以下「CPU」という)、CPUで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、タービン11の可変ベーン12を駆動するアクチュエータ、燃料噴射弁9、EGR弁6などに駆動信号を供給する出力回路等から構成される。
The
ECU20は、エンジン1の運転状態、具体的にはアクセルペダル操作量AP対応する要求トルクに応じて基本燃料量TI(具体的には、燃料噴射弁9の開弁時間)を算出し、基本燃料量TI及びエンジン回転数NEに応じて目標過給圧P2CMDを算出し、検出される過給圧P2が目標過給圧P2CMDと一致するようにベーン開度VOの制御する過給圧制御を行う。さらにECU20は、基本燃料量TI及びエンジン回転数NEに応じて、目標吸入空気流量GACMDを設定し、目標吸入空気流量GACMDと検出される吸入空気流量GAの偏差に応じて、EGR弁6のリフト量(弁開度)指令値LCMDを算出する。
The
本実施形態では、検出される過給圧P2が目標過給圧P2CMDと一致するように先ず目標上流側排気圧P3CMDを設定し、次いで検出される上流側排気圧P3が目標上流側排気圧P3CMDと一致するようにベーン開度VOの制御を行う。より具体的には、エンジン1の吸気系からシリンダを経て排気系までをモデル化した制御対象モデルを定義し、その制御対象モデルに基づくスライディングモード制御により、上流側排気圧P3が目標上流側排気圧P3CMDに一致するようにベーン開度VOを制御する。そこで先ず制御対象モデルを定義する数式を説明し、次いで該数式に含まれるモデルパラメータの同定、及び同定したモデルパラメータを用いたスライディングモード制御について説明する。
In the present embodiment, the target upstream exhaust pressure P3CMD is first set so that the detected boost pressure P2 matches the target boost pressure P2CMD, and then the detected upstream exhaust pressure P3 is set as the target upstream exhaust pressure P3CMD. The vane opening degree VO is controlled so as to coincide with. More specifically, a control target model that models from the intake system of the
[制御対象モデル]
図2は、エンジン1の吸気管2からシリンダ1aを経て排気管4に至る制御対象を模式的に示す図である。この図において、mcdotは吸入空気流量(コンプレッサ通過空気流量)、P2は過給圧、Viは吸気管2のコンプレッサ16より下流側の体積、mzdotはシリンダ1aに流入する空気流量(以下「シリンダ流入空気流量」という)、Tiは吸気温度(°K)、mfdotはシリンダ内に噴射される燃料の流量(以下「燃料流量」という)、P3はタービン11の上流側の排気圧、Veは排気管4のタービン11より上流側の体積、Teは排気温度(°K)、mrdotは排気還流量、mtbdotはタービン11を通過する排気ガスの流量(以下「タービン通過ガス流量」という)である。なお、流量はすべて質量流量[kg/s]である。このように状態パラメータを定義すると、上流側排気圧P3の時間微分値(以下「排気圧微分値」という)P3dotは、下記式(1)及び(2)で与えられる。また、過給圧P2の時間微分値(以下「過給圧微分値」という)P2dotは、下記式(3)及び(4)で与えられる。
[Controlled model]
FIG. 2 is a diagram schematically showing a control target from the
P3dot=ke(mzdot+mfdot−mrdot−mtbdot) (1)
ke=nRTe/Ve (2)
P2dot=ki(mcdot+mrdot−mzdot) (3)
ki=nRTi/Vi (4)
ここで、nはポリトロープ指数、Rはガス定数である。
P3dot = k e (m z dot + m f dot-m r dot-m tb dot) (1)
k e = nRTe / Ve (2)
P2dot = k i (m c dot + m r dot-m z dot) (3)
k i = nRTi / Vi (4)
Here, n is a polytropic index and R is a gas constant.
式(1)及び(3)から下記式(5)が得られる。式(5)から排気圧微分値P3dotを求めると下記式(6)が得られる。
またタービン通過ガス流量mtbdotは、タービン11をノズルとみなすことにより下記式(7)で算出される。
mtbdot=Atb(VO)・U(P3)・Φ(P4/P3) (7)
Further, the turbine passing gas flow rate m tb dot is calculated by the following equation (7) by regarding the
m tb dot = Atb (VO) · U (P3) · Φ (P4 / P3) (7)
ここで、Atbは、ベーン開度VOの関数として定義されるタービン有効開口面積であり、U(P3)は下記式(8)により算出される上流条件関数であり、Φ(P4/P3)は、下記式(9)及び(10)により与えられる圧力関数である。またP3及びP4は、それぞれ上流側排気圧及び下流側排気圧である。式(8)のρは、タービン11を通過する排気ガスの密度であり、式(9)及び(10)のκは、ノズルを通過する排気ガスの比熱比である。排気ガスの流速が音速より低いとき、式(9)が適用され、排気ガスの流速が音速以上であるとき、式(10)が適用される。
Here, Atb is a turbine effective opening area defined as a function of the vane opening VO, U (P3) is an upstream condition function calculated by the following equation (8), and Φ (P4 / P3) is , A pressure function given by the following equations (9) and (10). P3 and P4 are an upstream exhaust pressure and a downstream exhaust pressure, respectively. Ρ in equation (8) is the density of exhaust gas passing through the
式(7)を式(6)に適用することにより、下記式(11)が得られる。
xdot=ac・x+bc・u+cc (12)
By applying Expression (7) to Expression (6), the following Expression (11) is obtained.
xdot = a c · x + b c · u + c c (12)
ここで、xdotは、制御出力xの時間微分値であり、ac,bc,ccは、連続系のモデルパラメータである。式(12)と、式(11)とを対比すると、モデルパラメータac,bc,ccは、以下のようになる。
ac=0 (13)
bc=−ke・U(P3)・Φ(P3/P4) (14)
cc=ke(mcdot+mfdot−P2dot/ki) (15)
Here, xdot is the time differential value of the control output x, a c, b c, c c is a model parameter of a continuous system. When Expression (12) is compared with Expression (11), model parameters a c , b c , and cc are as follows.
a c = 0 (13)
b c = -k e · U ( P3) · Φ (P3 / P4) (14)
c c = k e (m c dot + m f dot-P2dot / k i) (15)
次に式(12)を、Pade近似を用いて離散化すると下記式(16)が得られる。式(16)の「k」は、離散化した制御時刻である。
x(k+1)=a(k)・x(k)+b(k)u(k)+c(k) (16)
Next, when Expression (12) is discretized using Pad approximation, the following Expression (16) is obtained. “K” in Expression (16) is a discretized control time.
x (k + 1) = a (k) .x (k) + b (k) u (k) + c (k) (16)
ここでモデルパラメータa,b,cは、連続時間系のモデルパラメータac,bc,ccを下記式(17),(18),(19)に適用することにより算出される。下記式(17),(18),(19)のhは、サンプリング周期である。
ここで、連続系のモデルパラメータacは、「0」であるので(式(13))、モデルパラメータa,b,cは、以下のようになる。
a=1 (20)
b=h・bc=−h・ke・U(P3)・Φ(P3/P4) (21)
c=h・cc=h・ke(mcdot+mfdot−P2dot/ki) (22)
Here, since the continuous model parameter a c is “0” (equation (13)), the model parameters a, b, and c are as follows.
a = 1 (20)
b = h · b c = -h · k e · U (P3) · Φ (P3 / P4) (21)
c = h · c c = h · k e (m c dot + m f dot-P2dot / k i) (22)
ここで、吸入空気流量mcdot及び過給圧微分値P2dotは、排気還流量mrdotに依存して変化する、すなわち排気還流量mrdotの関数である。このように、制御対象に加わる外乱を示すモデルパラメータcが、排気還流量mrdotの関数である制御対象モデルを用いて、モデルパラメータcをリアルタイムで同定することにより、排気還流量mrdotの影響を加味した排気圧制御、及び過給圧制御が行われる。したがって、比較的簡単な構成で、排気還流量に応じた、応答性のよい過給圧制御を行うことができる。 Here, the intake air flow rate m c dot and supercharge pressure derivative value P2dot varies depending on the exhaust gas recirculation amount m r dot, i.e. a function of the exhaust gas recirculation amount m r dot. Thus, the model parameters c indicating a disturbance applied to the controlled object, using a controlled object model which is a function of the exhaust gas recirculation amount m r dot, by identifying the model parameter c in real time, the exhaust gas recirculation amount m r dot Exhaust pressure control and supercharging pressure control are performed in consideration of the effects of the above. Therefore, it is possible to perform supercharging pressure control with good responsiveness according to the exhaust gas recirculation amount with a relatively simple configuration.
[モデルパラメータの同定]
本実施形態では、モデルパラメータaは常に「1」であるため、式(16)は下記式(16a)となる。
x(k+1)=x(k)+b(k)u(k)+c(k) (16a)
[Identification of model parameters]
In the present embodiment, since the model parameter a is always “1”, the equation (16) becomes the following equation (16a).
x (k + 1) = x (k) + b (k) u (k) + c (k) (16a)
また式(21)及び(22)で算出されるモデルパラメータをそれぞれ基準モデルパラメータbbase及びcbaseとし、モデルパラメータb(k)は、常に基準モデルパラメータbbaseに設定し、モデルパラメータc(k)は、下記式(31)を用いた逐次同定誤差演算を行って算出する。式(31)のδc(k)は、式(32)により算出される基準モデルパラメータcbaseの更新成分、式(32)のKidは同定ゲイン、eid(k)は、式(33)により算出される同定誤差である。また式(33)のxhat(k)は、式(34)により算出される、制御出力x(上流側排気圧P3)の推定値である。 The model parameters calculated by the equations (21) and (22) are set as the reference model parameters b base and c base , respectively. The model parameter b (k) is always set to the reference model parameter b base and the model parameter c (k ) Is calculated by performing a sequential identification error calculation using the following equation (31). Δc (k) in equation (31) is an update component of the reference model parameter c base calculated by equation (32), Kid in equation (32) is the identification gain, and eid (k) is calculated by equation (33). Identification error. Further, xhat (k) in Expression (33) is an estimated value of the control output x (upstream exhaust pressure P3) calculated by Expression (34).
c(k)=cbase(k)+δc(k) (31)
δc(k)=δc(k-1)+(Kid/(1+Kid))・eid(k) (32)
eid(k)=x(k)−xhat(k) (33)
xhat(k)=x(k-1)+b(k-1)u(k-1)+c(k-1) (34)
c (k) = c base (k) + δc (k) (31)
δc (k) = δc (k−1) + (Kid / (1 + Kid)) · eid (k) (32)
eid (k) = x (k) −xhat (k) (33)
xhat (k) = x (k-1) + b (k-1) u (k-1) + c (k-1) (34)
[スライディングモード制御による制御入力の演算]
スライディングモード制御における切換関数値σ(k)は、下記式(41)で定義される。式(41)のe(k)は、下記式(42)により算出される制御偏差であり、式(42)のxcmd(k)は、制御目標値である。また式(41)のsは、制御偏差e(k)の減衰特性を決める切換関数設定パラメータであり、−1より大きく1より小さい値に設定される。
σ(k)=e(k)+s・e(k-1) (41)
e(k)=x(k)−xcmd(k) (42)
[Calculation of control input by sliding mode control]
The switching function value σ (k) in the sliding mode control is defined by the following equation (41). E (k) in the equation (41) is a control deviation calculated by the following equation (42), and x cmd (k) in the equation (42) is a control target value. Further, s in the equation (41) is a switching function setting parameter that determines the attenuation characteristic of the control deviation e (k), and is set to a value larger than −1 and smaller than 1.
σ (k) = e (k) + s · e (k−1) (41)
e (k) = x (k) −x cmd (k) (42)
縦軸を制御偏差e(k)とし、横軸を前回制御偏差e(k-1)として定義される位相平面上では、σ(k)=0を満たす制御偏差e(k)と、前回制御偏差e(k-1)との組み合わせは、直線となるので、この直線は一般に切換直線と呼ばれる。スライディングモード制御は、この切換直線上の制御偏差e(k)の振る舞いに着目した制御であり、切換関数値σ(k)が0となるように、すなわち制御偏差e(k)と前回制御偏差e(k-1)の組み合わせが位相平面上の切換直線上に載るように制御を行い、外乱やモデル化誤差に対してロバストな制御を実現するものである。その結果、制御出力、すなわち上流側排気圧P3は、目標上流側排気圧P3CMDに追従するように、良好なロバスト性を持って制御される。 On the phase plane where the vertical axis is defined as the control deviation e (k) and the horizontal axis is defined as the previous control deviation e (k-1), the control deviation e (k) satisfying σ (k) = 0 and the previous control Since the combination with the deviation e (k-1) is a straight line, this straight line is generally called a switching straight line. The sliding mode control is a control that pays attention to the behavior of the control deviation e (k) on the switching line so that the switching function value σ (k) becomes 0, that is, the control deviation e (k) and the previous control deviation. Control is performed so that the combination of e (k-1) is placed on the switching line on the phase plane, thereby realizing robust control against disturbances and modeling errors. As a result, the control output, that is, the upstream exhaust pressure P3 is controlled with good robustness so as to follow the target upstream exhaust pressure P3CMD.
また式(41)の切換関数設定パラメータsの値を変更することにより、制御偏差e(k)の減衰特性、すなわち上流側排気圧P3の目標上流側排気圧P3CMDへの追従特性を変更することができる。具体的には、s=−1とすると、全く追従しない特性となり、切換関数設定パラメータsの絶対値を小さくするほど、追従速度を速めることができる。 Further, by changing the value of the switching function setting parameter s in the equation (41), the damping characteristic of the control deviation e (k), that is, the follow-up characteristic of the upstream exhaust pressure P3 to the target upstream exhaust pressure P3CMD is changed. Can do. Specifically, when s = −1, the characteristic does not follow at all, and the follow-up speed can be increased as the absolute value of the switching function setting parameter s is reduced.
スライディングモード制御では、制御偏差e(k)と前回制御偏差e(k-1)の組み合わせ(以下「偏差状態量」という)を切換直線上に拘束することにより、制御偏差e(k)を指定した収束速度で、かつ外乱やモデル化誤差に対してロバストに、0に収束させる。したがって、スライディングモード制御では、如何にして偏差状態量を切換直線に載せ、そこに拘束するかが重要となる。 In sliding mode control, the control deviation e (k) is specified by constraining the combination of the control deviation e (k) and the previous control deviation e (k-1) (hereinafter referred to as "deviation state quantity") on the switching line. Convergence to zero with robust convergence speed and robust against disturbances and modeling errors. Therefore, in the sliding mode control, it is important how to put the deviation state quantity on the switching straight line and restrain it there.
そのような観点から、制御入力(コントローラの出力)u(k)は、下記式(43)に示すように、等価制御入力Ueq(k)及び到達則入力Urch(k)の和として算出される。
u(k)=Ueq(k)+Urch(k) (43)
ここで、Ueq(k)は、偏差状態量を切換直線上に拘束するための入力であり、到達則入力Urch(k)は、偏差状態量を切換直線上へ載せるための入力である。以下各入力Ueq(k)及びUrch(k)の算出方法を説明する。
From such a viewpoint, the control input (controller output) u (k) is calculated as the sum of the equivalent control input Ueq (k) and the reaching law input Urch (k) as shown in the following equation (43). .
u (k) = Ueq (k) + Urch (k) (43)
Here, Ueq (k) is an input for constraining the deviation state quantity on the switching line, and the reaching law input Urch (k) is an input for placing the deviation state quantity on the switching line. A method for calculating each input Ueq (k) and Urch (k) will be described below.
等価制御入力Ueq(k)は、偏差状態量を切換直線上に拘束するための入力であるから、満たすべき条件は下記式(44)で与えられる。
σ(k)=σ(k+1) (44)
式(16a)並びに式(41)及び(42)を用いて式(44)を満たす制御入力u(k)を求めると、下記式(45)が得られ、これが等価制御入力Ueq(k)となる。さらに、到達則入力Urch(k)は、下記式(46)より算出される。式(46)において、Fは、到達則制御ゲインである。
σ (k) = σ (k + 1) (44)
When the control input u (k) satisfying the equation (44) is obtained using the equation (16a) and the equations (41) and (42), the following equation (45) is obtained, which is equivalent to the equivalent control input Ueq (k): Become. Further, the reaching law input Urch (k) is calculated from the following equation (46). In Expression (46), F is a reaching law control gain.
制御出力x(k)は、具体的には上流側排気圧P3であるので、等価制御入力Ueq(k)及び到達則入力Urch(k)は、下記式(47)及び(48)により算出される。式(47)のP3CMDは、目標上流側排気圧であり、式(48)のΔP3は、制御偏差(P3CMD−P3)である。
制御入力u(k)は、具体的にはタービン有効開口面積Atbであるので、これを可変ベーン12のアクチュエータを駆動する制御信号のデューティ比Dutyに変換し、該デューティ比Dutyの制御信号がアクチュエータに供給される。
Since the control input u (k) is specifically the turbine effective opening area Atb, it is converted into a duty ratio Duty of a control signal for driving the actuator of the
図3は、上述した制御を実行する過給圧制御モジュール(排気還流量制御部を含む)の構成を示すブロック図である。各ブロックの機能は、ECU20のCPUによる演算によって実現される。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a supercharging pressure control module (including an exhaust gas recirculation amount control unit) that performs the above-described control. The function of each block is realized by calculation by the CPU of the
図3に示す過給圧制御モジュールは、GACMD設定部31と、減算器32と、EGR制御器33と、P2CMD設定部41と、減算部42と、過給圧制御器43と、リミッタ44と、排気圧制御器45とを備えている。GACMD設定部31は、エンジン運転状態、具体的には基本燃料量TI及びエンジン回転数NEに応じて目標吸入空気流量GACMDを設定する。基本燃料量TIは、検出されるアクセルペダル操作量APに応じて算出される要求トルクにほぼ比例するように設定される。減算器32は、目標吸入空気流量GACMDから、検出される吸入空気流量GAを減算し、吸入空気流量偏差ΔGAを算出する。EGR制御器33は、PID(比例、積分、微分)制御により、吸入空気流量偏差ΔGAが「0」となるように、EGR弁のリフト量指令値LCMDを算出する。ECU20は、リフトセンサ7により検出されるリフト量LACTがリフト量指令値LCMDと一致するように、EGR弁6の制御を行う。
The supercharging pressure control module shown in FIG. 3 includes a
P2CMD設定部41は、エンジン回転数NE及び基本燃料量TIに応じて、目標過給圧P2CMDを設定する。目標過給圧P2CMDは、エンジン回転数NEが高くなるほど、また基本燃料量TIが増加するほど、高くなるように設定される。したがって、アクセルペダルが踏み込まれる加速時においては、目標過給圧P2CMDはステップ状に増加する。減算器42は、目標過給圧P2CMDから検出過給圧P2を減算して、過給圧偏差ΔP2を算出する。過給圧制御器43は、過給圧偏差ΔP2に応じて目標上流側排気圧P3CMDを算出する。より具体的には、例えばPID(比例積分微分)制御により、過給圧偏差ΔP2が「0」となるように、目標上流側排気圧P3CMDを算出する。すなわち過給圧制御器43は、ΔP2>0であるときは、目標上流側排気圧P3CMDを増加させ、ΔP2<0であるときは、目標上流側排気圧P3CMDを減少させる。
The
リミッタ44は、検出される下流側排気圧P4に所定圧力比PR0を乗算することにより、上流側リミット値P3LMTを算出する。ここで、所定圧力比PR0は、タービン11を通過する排気ガスの流速が音速であるときの圧力比P3/P4に相当するものであり、理論的には下記式(50)により算出される。式(50)のκは排気ガスの比熱比である。
そしてリミッタ44は、目標上流側排気圧P3CMDが上流側リミット値P3LMT以下であるときは、目標上流側排気圧P3CMDをそのまま最終目標上流側排気圧P3CMDFとする一方、目標上流側排気圧P3CMDが上流側リミット値P3LMTを越えたときは、上流側リミット値P3LMTを最終目標上流側排気圧P3CMDFとする。
When the target upstream exhaust pressure P3CMD is equal to or lower than the upstream limit value P3LMT, the
圧力比P3/P4が増加すると、タービンホイール10を駆動する排気ガスの質量流量(以下単に「タービン通過排気ガス流量」という)は増加するが、排気ガスの流速が音速に達する圧力比PR0を超えると、ほとんど増加しなくなる。したがって、所定圧力比を圧力比PR0近傍に設定することにより、例えばエンジンの加速時に、上流側排気圧P4を過度の上昇させることなく、タービン通過排気ガス流量を迅速に増加させ、過給圧P2を迅速に高めることができる。 When the pressure ratio P3 / P4 increases, the mass flow rate of the exhaust gas that drives the turbine wheel 10 (hereinafter simply referred to as “turbine passage exhaust gas flow rate”) increases, but exceeds the pressure ratio PR0 at which the exhaust gas flow velocity reaches the sonic speed. And almost no increase. Therefore, by setting the predetermined pressure ratio in the vicinity of the pressure ratio PR0, for example, when the engine is accelerated, the exhaust gas flow rate through the turbine is rapidly increased without excessively increasing the upstream exhaust pressure P4, and the boost pressure P2 is increased. Can be quickly increased.
排気圧制御器45は、検出される上流側排気圧P3が最終目標上流側排気圧P3CMDFと一致するように、可変ベーン12の開度を制御する制御信号のデューティ比Dutyを算出する。すなわち、排気圧制御器45は、上述した制御対象モデルに基づいて、リアルタイムで同定されたモデルパラメータを用いたスライディングモード制御により、ベーン開度VOを制御する。
The
図4は、排気圧制御器45の構成を示すブロック図である。排気圧制御器45は、スケジューラ51と、同定器52と、スライディングモードコントローラ53と、変換器54とを備えている。
スケジューラ51は、エンジン回転数NE、過給圧P2、上流側排気圧P3、下流側排気圧P4、吸入空気流量GA、基本燃料量TI、係数ke及びkiを用いて、式(21)及び(22)により、基準モデルパラメータbbase及びcbaseを算出する。式(22)の吸入空気流量mcdotは、吸入空気流量GAに相当し、燃料流量mfdotは、基本燃料量TIに応じて算出される。また過給圧微分値P2dotは、検出される過給圧P2の変化量(P2(k)−P2(k-1))に応じて算出される。
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the
The
同定器52は、基準モデルパラメーbbase及びcbaseからモデルパラメータb(k)及びc(k)を算出する。具体的には、モデルパラメータb(k)は、基準モデルパラメータbbaseに設定し、モデルパラメータc(k)は、基準モデルパラメータcbaseを用いて、式(31)を用いた同定演算により算出する。
The
スライディングモードコントローラ53は、検出される上流側排気圧P3及びリミッタ44から入力される最終目標排気圧P3CMDFから制御偏差ΔP3(=P3CMDF−P3)を算出し、式(43)、(47)及び(48)により、制御入力u(k)、具体的にはタービン有効開口面積Atbを算出する。
The sliding
変換器54は、タービン有効開口面積Atbを、可変ベーン12を駆動するアクチュエータを制御する制御信号のデューティ比Dutyに変換する。
The
図5は、上述した機能ブロックの機能を実現する過給圧制御処理のフローチャートである。この処理は、ECU20のCPUで所定時間毎に実行される。
ステップS10では、エンジン回転数NE及び基本燃料量TIに応じて目標過給圧P2CMDを設定する。ステップS11では、目標過給圧P2CMDから検出過給圧P2を減算して、過給圧偏差ΔP2を算出する。ステップS12では、過給圧偏差ΔP2が「0」となるように、例えばPID制御を用いて、目標上流側排気圧P3CMDを算出する。ステップS13では、検出される下流側排気圧P4に所定圧力比PR0を乗算して、上流側リミット値P3LMTを算出する。次いでステップS12で算出した目標上流側排気圧P3CMDが上流側リミット値P3LMTより大きいか否かを判別する(ステップS14)。
FIG. 5 is a flowchart of the supercharging pressure control process for realizing the functions of the functional blocks described above. This process is executed every predetermined time by the CPU of the
In step S10, the target boost pressure P2CMD is set according to the engine speed NE and the basic fuel amount TI. In step S11, the detected boost pressure P2 is subtracted from the target boost pressure P2CMD to calculate the boost pressure deviation ΔP2. In step S12, the target upstream exhaust pressure P3CMD is calculated using, for example, PID control so that the supercharging pressure deviation ΔP2 becomes “0”. In step S13, an upstream limit value P3LMT is calculated by multiplying the detected downstream exhaust pressure P4 by a predetermined pressure ratio PR0. Next, it is determined whether or not the target upstream exhaust pressure P3CMD calculated in step S12 is larger than the upstream limit value P3LMT (step S14).
ステップS14で、P3CMD≦P3LMTであるときは、最終目標上流側排気圧P3CMDFを、目標上流側排気圧P3CMDに設定する(ステップS16)。またP3CMD>P3LMTであるときは、最終目標上流側排気圧P3CMDFを、上流側リミット値P3LMTに設定する(ステップS15)。ステップS13〜S16により、圧力比PRが所定圧力比PR0を越えないように、最終目標上流側排気圧P3CMDFが設定される。 If P3CMD ≦ P3LMT in step S14, the final target upstream exhaust pressure P3CMDF is set to the target upstream exhaust pressure P3CMD (step S16). If P3CMD> P3LMT, the final target upstream exhaust pressure P3CMDF is set to the upstream limit value P3LMT (step S15). Through steps S13 to S16, the final target upstream exhaust pressure P3CMDF is set so that the pressure ratio PR does not exceed the predetermined pressure ratio PR0.
ステップS17では、図6に示す排気圧制御処理を実行し、アクチュエータ制御信号のデューティ比Dutyを算出する。ステップS18では、デューティ比Dutyの制御信号をアクチュエータに出力する。 In step S17, the exhaust pressure control process shown in FIG. 6 is executed to calculate the duty ratio Duty of the actuator control signal. In step S18, a control signal for the duty ratio Duty is output to the actuator.
図6は、図5のステップS17で実行される排気圧制御処理のフローチャートである。
ステップS21では、センサから供給される各種エンジン運転パラメータを読み込み、ステップS22では、前記式(21)及び(22)により、基準モデルパラメータbbase及びcbaseを算出する。ステップS23では、前記式(33)により同定誤差eidを算出する。
FIG. 6 is a flowchart of the exhaust pressure control process executed in step S17 of FIG.
In step S21, various engine operation parameters supplied from the sensor are read. In step S22, reference model parameters b base and c base are calculated by the above equations (21) and (22). In step S23, the identification error eid is calculated from the equation (33).
ステップS24では、同定誤差eidを用いて、モデルパラメータc(k)の同定演算を行う。ステップS25では、スライディングモード制御により、タービン有効開口面積Atbを算出し、ステップS26では、タービン有効開口面積Atbを制御信号のデューティ比Dutyに変換する。ステップS27では、デューティ比Dutyのリミット処理を行い、デューティ比Dutyは所定上下限値の範囲内に入るようにする。 In step S24, the model parameter c (k) is identified using the identification error eid. In step S25, the turbine effective opening area Atb is calculated by sliding mode control. In step S26, the turbine effective opening area Atb is converted into a duty ratio Duty of the control signal. In step S27, a duty ratio Duty limit process is performed so that the duty ratio Duty falls within a predetermined upper and lower limit value range.
図7は、上述した過給圧制御における、主要なパラメータの推移を示すタイムチャートである。図7には、時刻t1において目標過給圧P2CMDがステップ状に増加し、時刻t2においてEGR弁6のリフト量指令値LCMDがステップ状に増加した動作例が示されている。 FIG. 7 is a time chart showing the transition of main parameters in the above-described supercharging pressure control. FIG. 7 shows an operation example in which the target boost pressure P2CMD increases stepwise at time t1, and the lift amount command value LCMD of the EGR valve 6 increases stepwise at time t2.
時刻t1においては、上流側目標排気圧P3CMDが目標過給圧P2CMDの増加に対応して増加する(同図(a)(b))。そして、到達則入力Urch及び等価制御入力Ueqが迅速に変化して、ベーン開度VO、すなわちタービン有効開口面積Atbが増加し(同図(d))、上流側排気圧P3が上流側目標排気圧P3CMDに追従して変化する(同図(b))。その結果、少し遅れて過給圧P2が目標過給圧P2CMDに一致する(同図(a))。 At time t1, the upstream side target exhaust pressure P3CMD increases corresponding to the increase in the target supercharging pressure P2CMD (FIGS. (A) and (b)). Then, the reaching law input Urch and the equivalent control input Ueq change rapidly, the vane opening VO, that is, the turbine effective opening area Atb increases ((d) in the figure), and the upstream exhaust pressure P3 becomes the upstream target exhaust. It changes following the atmospheric pressure P3CMD ((b) in the figure). As a result, the supercharging pressure P2 coincides with the target supercharging pressure P2CMD with a slight delay ((a) in the figure).
時刻t2においては、排気還流量の増加(同図(d))に対応して上流側排気圧P3が目標上流側排気圧P3CMDより小さくなるが(同図(b))、タービン有効開口面積Atbが迅速に増加して(同図(d))、上流側排気圧P3を目標上流側排気圧P3CMDに復帰させる(同図(b))。その結果、過給圧P2の変動を抑制することができる(同図(a))。 At time t2, the upstream exhaust pressure P3 becomes smaller than the target upstream exhaust pressure P3CMD (FIG. (B)) corresponding to the increase in the exhaust gas recirculation amount (FIG. (D)), but the turbine effective opening area Atb. Increases rapidly ((d) in the figure), and the upstream exhaust pressure P3 is returned to the target upstream exhaust pressure P3CMD ((b) in the figure). As a result, fluctuations in the supercharging pressure P2 can be suppressed ((a) in the figure).
以上のように本実施形態では、エンジン1の吸気管2からシリンダ1aを経て排気管4に至る制御対象をモデル化した制御対象モデルに基づいて、検出される上流側排気圧P3が目標排気圧P3CMD(P3CMDF)と一致するように、可変ベーン12の開度VOが制御され、制御対象モデルを定義するモデルパラメータcが、排気還流機構を通過する排気還流量mrdotの関数となっている。したがって、その排気還流量の関数となっているモデルパラメータcをリアルタイムで同定し、該同定したモデルパラメータcを用いることによって、排気還流量mrdotの影響を加味した排気圧制御及び過給圧制御が行われる。したがって、比較的簡単な構成で、排気還流量に応じた、応答性のよい過給圧制御を行うことができる。
As described above, in the present embodiment, the detected upstream exhaust pressure P3 is the target exhaust pressure based on the control target model that models the control target from the
本実施形態では、可変ベーン12及び可変ベーン12を駆動するアクチュエータが排気ガス流量可変手段に相当し、上流側排気圧センサ25が上流側排気圧検出手段に相当し、下流側排気圧センサ26が下流側排気圧検出手段に相当し、ECU20が制御手段を構成する。すなわち、ECU20のCPUにより実行される図5及び図6に示す処理が、制御手段に相当し、同定手段、目標過給圧設定手段、及び目標上流側排気圧設定手段を含む。具体的には、図5のステップS10が目標過給圧設定手段に相当し、ステップS11及びS12が目標上流側排気圧設定手段に相当し、図6のステップS22〜S24が同定手段に相当する。
In the present embodiment, the
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、モデルパラメータcのみを同定誤差eidに応じて逐次同定するようにしたが、同様の手法でモデルパラメータbも逐次同定するようにしてもよい。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, only the model parameter c is sequentially identified according to the identification error eid, but the model parameter b may also be sequentially identified by the same method.
また、下流側排気圧P4は、大気圧センサにより大気圧PAを検出し、検出した大気圧PAに補正量ΔPを加算することにより算出するようにしてもよい。タービン11の下流側には、本実施形態にようにDPFが設けられたり、またNOxの浄化を行うNOx吸収触媒が設けられたりするので、下流側排気圧P4は、大気圧PAより若干高くなる。そこで、大気圧PAに加算すべき補正量ΔPを予め求めておき、検出した大気圧PAにその補正量ΔPを加算することにより、簡易的に下流側排気圧P4(の近似値)を得ることができる。この場合には、大気圧センサ及びECU20によって、下流側排気圧検出手段が構成される。これにより、下流側排気圧センサ26を設ける必要がなくなり、構成の簡略化を図ることができる。
Further, the downstream side exhaust pressure P4 may be calculated by detecting the atmospheric pressure PA with an atmospheric pressure sensor and adding the correction amount ΔP to the detected atmospheric pressure PA. Since the DPF is provided on the downstream side of the
また上述した実施形態では、可変ベーンを有するターボチャージャを備えた内燃機関における過給圧制御に本発明を適用した例を示したが、本発明は、以下のような構成の過給圧制御装置にも適用可能である。
(1)容量が固定されたターボチャージャと、該ターボチャージャのタービンをバイパスするバイパス通路と、そのバイパス通路に設けられたウエストゲートバルブとを備え、ウエストゲートバルブの開度を変更することにより、タービンに流入する排気量を変化させ、過給圧を制御するように構成されている制御装置。この場合には、バイパス通路及びウエストゲートバルブが、排気ガス流量可変手段に相当する。
(2)容量が固定されたターボチャージャを備え、内燃機関の排気量そのものを機関運転状態(例えば機関回転数及び目標燃料量)に応じて変更することにより、過給圧を制御するように構成されている制御装置。この制御装置では、排気量の変更は、例えば内燃機関への燃料供給量あるい吸入空気量を変化させることにより行われる。この場合には、排気量の制御を行う制御ユニットが排気ガス流量可変手段に相当する。
Further, in the above-described embodiment, the example in which the present invention is applied to the supercharging pressure control in the internal combustion engine including the turbocharger having the variable vane is shown. However, the present invention is a supercharging pressure control device having the following configuration. It is also applicable to.
(1) A turbocharger having a fixed capacity, a bypass passage that bypasses the turbine of the turbocharger, and a wastegate valve provided in the bypass passage, and by changing the opening of the wastegate valve, A control device configured to control a supercharging pressure by changing an exhaust amount flowing into a turbine. In this case, the bypass passage and the wastegate valve correspond to the exhaust gas flow rate varying means.
(2) A turbocharger having a fixed capacity is provided, and the supercharging pressure is controlled by changing the exhaust amount of the internal combustion engine according to the engine operating state (for example, the engine speed and the target fuel amount). Control unit. In this control device, the exhaust amount is changed by changing the amount of fuel supplied to the internal combustion engine or the amount of intake air, for example. In this case, the control unit for controlling the exhaust amount corresponds to the exhaust gas flow rate varying means.
また上述した実施形態では、本発明のディーゼル内燃機関の過給圧制御に適用して例を示したが、ガソリン内燃機関の過給圧制御にも適用可能である。
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの過給圧制御にも適用が可能である。
In the above-described embodiment, an example is shown in which the present invention is applied to the supercharging pressure control of the diesel internal combustion engine of the present invention. However, the present invention is also applicable to supercharging pressure control of a gasoline internal combustion engine.
The present invention can also be applied to supercharging pressure control of a marine vessel propulsion engine such as an outboard motor having a vertical crankshaft.
1 内燃機関
2 吸気管
5 排気還流通路(排気還流機構)
6 排気還流弁(排気還流機構)
8 ターボチャージャ
10 タービンホイール
11 タービン
12 可変ベーン
15 コンプレッサホイール
16 コンプレッサ
20 電子制御ユニット(制御手段、同定手段、目標過給圧設定手段、目標上流側排気圧設定手段))
21 吸入空気流量センサ
22 過給圧センサ
23 吸気温センサ
24 排気温センサ
25 上流側排気圧センサ(上流側排気圧検出手段)
26 下流側排気圧センサ(下流側排気圧検出手段)
1
6 Exhaust gas recirculation valve (exhaust gas recirculation mechanism)
21 Intake air
26 Downstream exhaust pressure sensor (downstream exhaust pressure detection means)
Claims (4)
前記機関の運転状態に基づいて、前記排気還流機構を通過する排気還流量を制御するための排気還流弁のリフト量指令値を算出し、前記排気還流弁のリフト量を前記リフト量指令値と一致するように制御するEGR制御器と、
前記タービンホイールの上流側の排気圧を検出する上流側排気圧検出手段と、
前記機関の吸気系から排気系までの制御対象をモデル化した制御対象モデルに基づいて、前記上流側排気圧検出手段により検出される上流側排気圧が目標上流側排気圧と一致するように、前記排気ガス流量可変手段を制御する制御手段を備え、
前記制御対象モデルは、制御入力である前記排気ガス流量可変手段の操作量に乗算される第1モデルパラメータと、前記制御対象に加わる外乱を示す第2モデルパラメータとを用いて定義されており、
前記第2モデルパラメータが、前記排気還流機構を通過する排気還流量の関数であり、
前記制御手段は、前記第1及び第2モデルパラメータを同定する同定手段を有し、同定したモデルパラメータを用いて前記制御を行うことを特徴とする内燃機関の過給圧制御装置。 A turbocharger having a compressor wheel for pressurizing air sucked into the internal combustion engine, a turbine wheel connected to the compressor wheel and driven to rotate by the kinetic energy of the exhaust gas of the engine, and exhaust blown to the turbine wheel In a supercharging pressure control device for an internal combustion engine comprising an exhaust gas flow rate variable means for changing the flow rate of gas and an exhaust gas recirculation mechanism for recirculating exhaust gas to an intake system
Based on the operating state of the engine, a lift amount command value of the exhaust gas recirculation valve for controlling the exhaust gas recirculation amount passing through the exhaust gas recirculation mechanism is calculated, and the lift amount of the exhaust gas recirculation valve is calculated as the lift amount command value. An EGR controller that controls to match,
Upstream exhaust pressure detection means for detecting the exhaust pressure upstream of the turbine wheel;
Based on the control target model that models the control target from the intake system to the exhaust system of the engine, so that the upstream exhaust pressure detected by the upstream exhaust pressure detection means matches the target upstream exhaust pressure, Control means for controlling the exhaust gas flow rate variable means,
The controlled object model is defined using a first model parameter that is multiplied by an operation amount of the exhaust gas flow rate varying means that is a control input, and a second model parameter that indicates a disturbance applied to the controlled object,
The second model parameter, Ri functions der the exhaust gas recirculation amount that passes through the exhaust gas recirculation mechanism,
The supercharging pressure control apparatus for an internal combustion engine , wherein the control means includes identification means for identifying the first and second model parameters, and performs the control using the identified model parameters .
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