JP5716764B2 - エンジン制御装置 - Google Patents
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Description
図1に示すエンジン制御システム10は、例えば自動車用のディーゼルエンジン(以下、単に「エンジン」とも言う。)2を制御するものである。
(フィードバック制御処理)
排気エミッションを低減するために、EGR弁42とターボチャージャ30の可動ベーン34とをエンジン運転状態に基づいて適切に制御することが要求される。以下、ターボチャージャ30の可動ベーン34に対する制御を、単にターボチャージャ30に対する制御とも言う。
ターボチャージャ30のタービン32に導入される排気ガス流速は、可動ベーン34が調整するノズル開度だけでなく、排気圧と大気圧との差圧によっても変化する。さらに、図3に示すように、ノズル開度を変化させると、吸気圧よりも排気圧の方が早く応答する。
C21〜C23は目標吸気圧と実吸気圧との偏差に基づいて、EGR弁42とターボチャージャ30と目標排気圧の補正量とに対する制御量をそれぞれ算出するF/B制御器である。
ここで、目標排気酸素濃度をExO2Trg(i)、目標吸気圧をPimTrg(i)、補正前の目標排気圧をPexTrg(i)、目標排気圧に対する補正量をPexTrgFb(i)、補正後の目標排気圧をPexTrg2(i)、実排気酸素濃度をExO2(i)、実吸気圧をPim(i)、実排気圧をPex(i)、排気酸素濃度偏差をΔExO2(i)、吸気圧偏差をΔPim(i)、排気圧偏差をΔPex(i)、排気酸素濃度偏差の差分をΔExO2Dif(i)、吸気圧偏差の差分をΔPimDif(i)、排気圧偏差の差分をΔPexDif(i)とすると、ΔExO2(i)、ΔExO2Dif(i)、ΔPim(i)、ΔPimDif(i)、PexTrg2(i)、ΔPex(i)、ΔPexDif(i)は、以下の式(1)〜(7)で表わされる。(i)は今回の値を示し、(i−1)は前回の値を示している。
ΔExO2Dif(i)=ΔExO2(i)−ΔExO2(i−1)・・・(2)
ΔPim(i)=PimTrg(i)−Pim(i) ・・・(3)
ΔPimDif(i)=ΔPim(i)−ΔPim(i−1) ・・・(4)
PexTrg2(i)
=PexTrg(i)+PexTrgFb(i−1) ・・・(5)
ΔPex(i)=PexTrg2(i)−Pex(i) ・・・(6)
ΔPexDif(i)=ΔPex(i)−ΔPex(i−1) ・・・(7)
そして、基本EGR弁開度に対する今回のF/B量をEgrFb(i)、基本ノズル開度に対する今回のF/B量をTrbFb(i)とすると、EgrFb(i)、TrbFb(i)、および前述したPexTrgFb(i)は以下の式(8)〜(10)で表わされる。本実施形態では、目標値と実値との偏差の差分で比例項を表わし、目標値と実値との偏差で積分項を表わしている。
TrbFb(i)=TrbFb(i−1)+Kp12_v1×ΔExO2Dif(i)+Kp22_v1×ΔPimDif(i)+Kp32_v1×ΔPexDif(i)+{Ki12_v1×ΔExO2(i)+Ki22_v1×ΔPim(i)+Ki32_v1×ΔPex(i)}×dt ・・・(9)
PexTrgFb(i)=PexTrgFb(i−1)+Kp13_v1×ΔExO2Dif(i)+Kp23_v1×ΔPimDif(i)+Kp33_v1×ΔPexDif(i)+{Ki13_v1×ΔExO2(i)+Ki23_v1×ΔPim(i)+Ki33_v1×ΔPex(i)}×dt ・・・(10)
尚、式(8)〜(10)および後述する各式においてKpは比例ゲイン、Kiは積分ゲインを表わしている。また、KpおよびKiに続く前半の2桁の数字は図4の各制御器の2桁の添え数字に対応し、「_v」に続く1桁の数字は、図5のフローチャートにおいて、F/B演算2〜F/B演算7の順番に対応して設定された数字である。
ΔGaDif(i)=ΔGa(i)−ΔGa(i−1) ・・・(12)
ここで、センサには、検出対象の値を高精度に検出できるエンジン運転状態と、検出精度の低下するエンジン運転状態とが存在する。図6に吸気量センサ22が新気量を高精度に検出でき、酸素濃度センサ26が排気の酸素濃度を高精度に検出できるエンジン運転状態の領域を示す。
ただし、酸素濃度センサ26が故障している場合には排気酸素濃度の実値を取得できないので、エンジン運転状態に関わらず新気量が選択される。一方、吸気量センサ14が故障している場合には新気量の実値を取得できないので、エンジン運転状態に関わらず排気酸素濃度が選択される。
酸素濃度センサ26が正常で吸気量センサ14が異常の場合(S412:Yes、S414:No)、ECU50はエンジン運転状態を判定せずにS418に処理を移行する。
TrbFb(i)=TrbFb(i−1)+Kp12_v2×ΔExO2Dif(i)+Kp32_v2×ΔPexDif(i)+{Ki12_v2×ΔExO2(i)+Ki32_v2×ΔPex(i)}×dt ・・・(14)
PexTrgFb(i)=0 ・・・(15)
式(13)〜(15)から分かるように、吸気圧センサ22が異常の場合、吸気圧の項は削除される。そして、吸気圧を除外した排気酸素濃度および排気圧の2個の指標に基づいてEGR弁42およびターボチャージャ30の2個の制御対象を制御するために、PexTrgFb(i)=0とし、目標排気圧の補正量は制御対象から除外される。
TrbFb(i)=TrbFb(i−1)+Kp12_v3×ΔExO2Dif(i)+Kp22_v3×ΔPimDif(i)+{Ki12_v3×ΔExO2(i)+Ki22_v3×ΔPim(i)}×dt ・・・(17)
PexTrgFb(i)=0 ・・・(18)
式(16)〜(18)から分かるように、排気圧センサ24が異常の場合、排気圧の項は削除され、PexTrgFb(i)=0として目標排気圧の補正量は制御対象から除外される。
排気圧センサ24および吸気圧センサ22が正常の場合(S428:Yes、S430:Yes)、ECU50は、式(19)〜(21)からEgrFb(i)、TrbFb(i)、PexTrgFb(i)を算出する(S432)。
TrbFb(i)=TrbFb(i−1)+Kp12_v4×ΔGaDif(i)+Kp22_v4×ΔPimDif(i)+Kp32_v4×ΔPexDif(i)+{Ki12_v4×ΔGa(i)+Ki22_v4×ΔPim(i)+Ki32_v4×ΔPex(i)}×dt ・・・(20)
PexTrgFb(i)=PexTrgFb(i−1)+Kp13_v4×ΔGaDif(i)+Kp23_v4×ΔPimDif(i)+Kp33_v4×ΔPexDif(i)+{Ki13_v4×ΔGa(i)+Ki23_v4×ΔPim(i)+Ki33_v4×ΔPex(i)}×dt ・・・(21)
排気圧センサ24が正常で(S428:Yes)、吸気圧センサ22が異常の場合(S430:No)、ECU50は、次式(22)〜(24)からEgrFb(i)、TrbFb(i)、PexTrgFb(i)を算出する(S434)。
TrbFb(i)=TrbFb(i−1)+Kp12_v5×ΔGaDif(i)+Kp32_v5×ΔPexDif(i)+{Ki12_v5×ΔGa(i)+Ki32_v5×ΔPex(i)}×dt ・・・(23)
PexTrgFb(i)=0 ・・・(24)
式(22)〜(24)から分かるように、吸気圧センサ22が異常の場合、吸気圧の項は削除され、PexTrgFb(i)=0として目標排気圧の補正量は制御対象から除外される。
TrbFb(i)=TrbFb(i−1)+Kp12_v6×ΔGaDif(i)+Kp22_v6×ΔPimDif(i)+{Ki12_v6×ΔGa(i)+Ki22_v6×ΔPim(i)}×dt ・・・(26)
PexTrgFb(i)=0 ・・・(27)
式(25)〜(27)から分かるように、排気圧センサ24が異常の場合、排気圧の項は削除され、PexTrgFb(i)=0として目標排気圧の補正量は制御対象から除外される。
ターボチャージャの過給調整装置としては、可動ベーンによりノズル開度を調整してタービンに導入される排気ガス流速を制御する上記実施形態の構成に限るものではなく、タービンをバイパスするバイパス流路をウエストゲート弁で開閉することにより、タービンに導入される排気ガス量を制御する構成を採用してもよい。
Claims (5)
- 排気ガスの一部をEGRガスとして排気流路(210)から吸気流路(200)に再循環させるEGR量をEGR調整装置(42)により調整する排気ガス再循環装置(42、220)と、タービン(32)に導入される排気ガス流速または排気ガス量を過給調整装置(34)が調整することにより、コンプレッサ(36)が過給する吸気の吸気圧を調整する過給機(30)とを備えるエンジン(2)に適用されるエンジン制御装置(50)であって、
前記吸気流路を流れる新気量、前記エンジンに吸入される吸気酸素濃度、前記エンジンから排出される排気酸素濃度およびEGR率のいずれか一つの目標値と実値との第1偏差を算出する第1算出手段(S410)と、
前記吸気圧の目標値と実値との第2偏差を算出する第2算出手段(S410)と、
前記エンジンから排出される排気ガスの排気圧の目標値と実値との第3偏差を算出する第3算出手段(S410)と、
前記EGR調整装置と前記過給調整装置と前記排気圧の目標値である目標排気圧の補正量とのそれぞれに対し、前記第1偏差と前記第2偏差と前記第3偏差との各偏差に基づいて偏差毎に第1制御量を設定する第1制御手段(S402、S422〜S426、S432〜S436)と、
前記EGR調整装置と前記過給調整装置と前記目標排気圧の補正量とのそれぞれに対して前記第1制御手段が前記偏差毎に設定する前記第1制御量の合計を、前記EGR調整装置と前記過給調整装置と前記目標排気圧の補正量とのそれぞれに対する第2制御量として設定する第2制御手段(S402、S422〜S426、S432〜S436)と、
を備えることを特徴とするエンジン制御装置。 - 前記第1制御手段はフィードバック制御手段であることを特徴とする請求項1に記載のエンジン制御装置。
- 前記第3偏差を算出するときに前記第3算出手段が前記排気圧の実値を取得できない場合、前記第1制御手段(S426、S436)は、前記EGR調整装置と前記過給調整装置とのそれぞれに対し、前記第1偏差と前記第2偏差との各偏差に基づいて偏差毎に前記排気圧の実値を取得できない場合に対応した前記第1制御量を設定し、
前記排気圧の実値を取得できない場合、前記第2制御手段(S426、S436)は、前記EGR調整装置と前記過給調整装置とのそれぞれに対して前記第1制御手段が前記第1偏差と前記第2偏差との各偏差に基づいて偏差毎に設定する前記第1制御量の合計を、前記EGR調整装置と前記過給調整装置とのそれぞれに対する前記第2制御量として設定する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載のエンジン制御装置。 - 前記第2偏差を算出するときに前記第2算出手段が前記吸気圧の実値を取得できない場合、前記第1制御手段(S424、S434)は、前記EGR調整装置と前記過給調整装置とのそれぞれに対し、前記第1偏差と前記第3偏差との各偏差に基づいて偏差毎に前記吸気圧の実値を取得できない場合に対応した前記第1制御量を設定し、
前記吸気圧の実値を取得できない場合、前記第2制御手段(S424、S434)は、前記EGR調整装置と前記過給調整装置とのそれぞれに対して前記第1制御手段が前記第1偏差と前記第3偏差との各偏差に基づいて偏差毎に設定する前記第1制御量の合計を、前記EGR調整装置と前記過給調整装置とのそれぞれに対する前記第2制御量として設定し、前記目標排気圧の補正量を0に設定する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載のエンジン制御装置。 - 前記新気量、前記吸気酸素濃度、前記排気酸素濃度および前記EGR率のうち2個または3個から、エンジン運転状態に応じて一つを制御パラメータとして選択する選択手段(S416)を備え、
前記第1制御手段は、前記選択手段が選択した前記制御パラメータについて、前記第1偏差に基づいて前記第1制御量を設定する、
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のエンジン制御装置。
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