KR20140100430A - 엔진 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

엔진 제어 장치는, 신기량, 흡기 산소 농도, 배기 산소 농도 및 EGR률 중 하나의 목표값과 실제값의 제1 편차를 산출하는 제1 산출 섹션과, 흡기압의 목표값과 실제값의 제2 편차를 산출하는 제2 산출 섹션과, 배기압의 목표값과 실제값의 제3 편차를 산출하는 제3 산출 섹션과, EGR 조정 장치와 과급 조정 장치와 목표 배기압의 보정량의 각각에 대해, 제1 내지 제3 편차의 각 편차에 기초하여 편차마다 제1 제어량을 설정하는 제1 제어 섹션과, 제1 제어 섹션이 설정하는 제1 제어량의 개별 합계를, EGR 조정 장치와 과급 조정 장치와 보정량의 각각에 대한 제2 제어량으로서 설정하는 제2 제어 섹션을 포함한다.

Description

엔진 제어 장치 {ENGINE CONTROL APPARATUS}
본 출원은 2013년 2월 5일에 출원된 선행 일본 특허 출원 제2013-20500호에 기초하여 이로부터 우선권을 주장하며, 이의 설명이 참고로 본 명세서에 포함되어 있다.
본 발명은 배기 가스 재순환 장치 및 과급기를 구비하는 엔진에 적용되는 엔진 제어 장치에 관한 것이다. 배기 가스 재순환 장치는 배기 유로로부터 흡기 유로로 EGR 가스로서 재순환되는 배기 가스의 양인 EGR(배기 가스 재순환)의 양(EGR량)을 EGR 조정 장치에 의해 조정한다. 과급기는 터빈에 도입되는 배기 가스의 양을 과급 조정 장치를 이용하여 조정함으로써 압축기가 과급한 흡기 가스의 압력(흡기 압력)을 조정한다.
배기 가스 재순환 장치와 과급기를 구비하는 엔진이 알려져 있다. 배기 가스 재순환 장치는 배기 유로로부터 흡기 유로로 재순환시키는 EGR량을 EGR 밸브 등의 EGR 조정 장치에 의해 조정한다. 과급기는 터빈에 도입되는 배기 가스량을 가변익 등의 과급 조정 장치가 조정함으로써, 압축기가 과급하는 흡기 가스의 압력(흡기압)을 조정한다.
이와 같은 엔진에 있어서의 연소 상태를 적절하게 제어하여 배기 에미션을 저감시키기 위해서는, 흡기 유로를 흐르는 신선한 공기의 양(신기량, 흡기량)이 신기의 목표량(목표 신기량)이 되도록 EGR 조정 장치를 제어하는 동시에, 흡기압이 목표 흡기압이 되도록 과급 조정 장치를 제어할 필요가 있다.
그러나, 신기량이 목표 신기량이 되도록 EGR 조정 장치를 제어하고, 흡기압이 목표 흡기압이 되도록 과급 조정 장치를 제어하는 경우, 서로의 제어 결과가 서로 간섭한다. 따라서, EGR 조정 장치와 과급 조정 장치를 각각 독립하여 제어하는 것은 곤란하다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 일본 특허 출원 공개 제2003-21000호 공보에서는 EGR 조정 장치 및 과급 조정 장치에 대한 제어량을 각각 설정하여 가산한다. 목표 신기량과 실제 신기량의 신기량 편차 및 목표 흡기압과 실제 흡기압의 흡기압 편차에 대해 제어량을 설정하여 가산함으로써, EGR 조정 장치 및 과급 조정 장치에 대한 제어량을 설정하고 있다. 그러므로, 일본 특허 출원 공개 제2003-21000호 공보에서는, 신기량의 편차(신기량 편차) 및 흡기압 편차의 양쪽의 편차에 기초하여 EGR 조정 장치 및 과급 조정 장치에 대한 제어를 각각 행하여, EGR량 및 과급되는 흡기 가스의 압력을 적절하게 제어하려고 하고 있다.
그러나, EGR 조정 장치가 제어하는 EGR량은 배기압과 흡기압의 차압에 의해서도 변화된다. 과급 조정 장치가 조정하는 터빈 유입 배기 가스량은 배기압과 대기압의 차압에 의해서도 변화된다. 따라서, 배기압을 고려하지 않고 신기량 편차 및 흡기압 편차를 사용한 것만으로는, EGR 조정 장치 및 과급 조정 장치를 적절하게 제어할 수는 없다.
본 발명은 EGR 조정 장치 및 과급 조정 장치를 적절하게 제어하는 엔진 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시예의 일 태양으로서, 배기 가스의 일부를 EGR 가스로 하여 배기 유로로부터 흡기 유로로 재순환시키는 EGR량을 EGR 조정 장치에 의해 조정하는 배기 가스 재순환 장치와, 터빈에 도입되는 배기 가스량을 과급 조정 장치가 조정함으로써, 압축기가 과급하는 흡기의 흡기압을 조정하는 과급기를 구비하는 엔진에 적용되는 엔진 제어 장치가 제공된다. 엔진 제어 장치는, 상기 흡기 유로를 흐르는 신기의 양인 신기량, 상기 엔진에 흡입되는 흡기 산소의 농도인 흡기 산소 농도, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기 산소의 농도인 배기 산소 농도 및 EGR률 중 어느 하나의 목표값과 실제값의 제1 편차를 산출하는 제1 산출 섹션과, 상기 흡기압의 목표값과 실제값의 제2 편차를 산출하는 제2 산출 섹션과, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기 가스의 배기압의 목표값과 실제값의 제3 편차를 산출하는 제3 산출 섹션과, 상기 EGR 조정 장치와 상기 과급 조정 장치와 상기 배기압의 목표값인 목표 배기압의 보정량의 각각에 대해, 상기 제1 편차와 상기 제2 편차와 상기 제3 편차의 각 편차에 기초하여 편차마다 제1 제어량을 설정하는 제1 제어 섹션과, 상기 EGR 조정 장치와 상기 과급 조정 장치와 상기 목표 배기압의 보정량의 각각에 대해 상기 제1 제어 섹션이 상기 편차마다 설정하는 상기 제1 제어량의 합계를, 상기 EGR 조정 장치와 상기 과급 조정 장치와 상기 목표 배기압의 보정량의 각각에 대한 제2 제어량으로서 설정하는 제2 제어 섹션을 포함한다.
도 1은 본 실시 형태에 의한 엔진 제어 시스템을 도시하는 블록도.
도 2는 배기압과 흡기압의 차압과 EGR량의 관계를 나타내는 특성도.
도 3은 노즐 개방도와 배기압 및 흡기압의 변화를 나타내는 타임차트.
도 4는 EGR 밸브와 터보 과급기와 목표 배기압의 보정량에 대한 피드백(F/B) 제어를 도시하는 블록도.
도 5는 EGR 밸브와 과급기와 목표 배기압의 보정량에 대한 F/B 제어 처리를 나타내는 흐름도.
도 6은 엔진 운전 상태와 제어 파라미터의 관계를 나타내는 특성도.
도 7은 엔진 운전 상태와 제어 파라미터의 다른 관계를 나타내는 특성도.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 불필요한 설명을 생략하기 위하여 도면에 걸쳐서 서로 동일 또는 유사한 구성요소에는 동일 도면부호가 부여된다.
도 1에 도시하는 엔진 제어 시스템(10)은, 예를 들어 자동차용 디젤 엔진(이하, 간단히 「엔진」이라고도 함)(2)을 제어하는 것이다.
흡기 유로(200)에 흡입된 흡기는 에어 클리너(12)로 이물질이 제거된다. 그리고, 흡기량 센서(14)에 의해 흡기 가스의 양(흡기량)이 검출된다. 흡기량 센서(14)는 환류 유로(220)가 흡기 유로(200)에 접속하는 위치보다도 흡기 상류측에 설치되어 있다. 즉, 흡기량 센서(14)가 검출하는 흡기량은 EGR 가스가 배기측으로부터 흡기측으로 환류되기 전에 검출되는 신선한 공기(신기)의 양(신기량)이다.
터보 과급기(30)는 터빈(32)에 도입되는 배기 가스량을 엔진(2)의 회전수에 따라서 가동 베인(34)이 조정함으로써, 압축기(36)가 과급하는 흡기의 압력(흡기압)을 조정하는 가변 지오메트리 터보(VGT)이다.
가동 베인(34)은 터빈(32)에 배기 가스를 도입하는 유로 면적의 개방도(노즐 개방도)를 조정함으로써, 터빈(32)에 도입되는 배기 가스량을 조정한다. 가동 베인(34)은 전동 모터, 부압 등에 의해 구동된다.
터보 과급기(30)의 압축기(36)로 압축된 흡기는 인터쿨러(16)로 냉각된다. 그리고, 냉각된 흡기의 유량이 스로틀 밸브(18)로 조정된다. 경부하 영역에서는, 스로틀 밸브(18)는 EGR 가스를 보다 많이 넣기 위해 조여진다. 고부하 영역에서는, 스로틀 밸브(18)는 흡기량 증대나 펌핑 로스의 저감 등을 위해, 완전 개방 상태로 유지된다.
스로틀 밸브(18)를 통과한 흡기는 인테이크 매니폴드(20)에서 분기되어 엔진(2)의 각 기통에 흡입된다. 인테이크 매니폴드(20)에는 엔진(2)에 흡입되는 흡기의 압력(흡기압)을 검출하는 흡기압 센서(22)가 설치되어 있다.
흡기 유로(200)와 배기 유로(210)는 환류 유로(220)로 접속되어 있다. 환류 유로(220)를 통해 배기측으로부터 흡기측으로, EGR 가스로서 배기 가스의 일부가 환류된다. 환류 유로(220)는 엔진(2)과 터보 과급기(30)의 터빈(32) 사이의 배기 유로(210)와 인테이크 매니폴드(20)를 접속하고 있다.
환류 유로(220)와 배기 유로(210)의 접속 개소에는 배기압 센서(24)와 산소 농도 센서(26)가 설치되어 있다. 배기압 센서(24)는 엔진(2)으로부터 배출되는 배기의 압력(배기압)을 검출한다. 산소 농도 센서(26)는 배기의 산소 농도를 검출한다.
환류 유로(220)에는 EGR 쿨러(40), 및 EGR 밸브(42)가 배기측으로부터 이 순서로 설치되어 있다. EGR 밸브(42)는 듀티비 또는 공급 전력량에 의해 개방도가 제어되는 전자기 밸브이다. EGR 밸브(42)의 개방도가 제어됨으로써, 환류 유로(220)를 통해 배기측으로부터 흡기측으로 환류되는 EGR의 양(EGR량)이 조정된다.
ECU(50)는 CPU, RAM, ROM, 플래시 메모리, 통신 인터페이스 등을 갖는 마이크로컴퓨터에 의해 주로 구성되어 있다. ECU(50)에서는 ROM, 플래시 메모리 등의 기억 장치에 기억되어 있는 제어 프로그램을 CPU가 실행함으로써 엔진(2)을 제어한다.
ECU(50)는 흡기량 센서(14), 흡기압 센서(22), 배기압 센서(24), 산소 농도 센서(26) 및 도시하지 않은 엔진 회전수 센서, 액셀러레이터 개방도 센서 및 그 밖의 각종 센서의 출력 신호로부터 엔진 운전 상태를 취득한다.
ECU(50)는 취득한 엔진 운전 상태에 기초하여, 인젝터(4)에 대한 분사 제어, EGR 밸브(42)의 개방도 제어 및 터보 과급기(30)의 노즐 개방도 제어를 실행한다.
(피드백 제어 처리)
배기 에미션을 저감시키기 위해, EGR 밸브(42)와 터보 과급기(30)의 가동 베인(34)을 엔진 운전 상태에 기초하여 적절하게 제어하는 것이 요구된다. 이하, 터보 과급기(30)의 가동 베인(34)에 대한 제어를, 간단히 터보 과급기(30)에 대한 제어라고도 한다.
EGR량은 EGR 밸브(42)의 개방도에 의해 제어된다. 터보 과급기(30)가 과급하는 흡기압은 터빈(32)에 도입되는 배기 가스의 유로 면적을 가동 베인(34)이 조정하는 노즐 개방도에 의해 제어된다.
도 2에 도시한 바와 같이, EGR량은 EGR 밸브(42)의 개방도가 일정해도 배기압과 흡기압의 차압에 따라서 변화된다.
터보 과급기(30)의 터빈(32)에 도입되는 배기 가스량은 가동 베인(34)이 조정하는 노즐 개방도 뿐만 아니라, 배기압과 대기압의 차압에 의해서도 변화된다. 또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 노즐 개방도를 변화시키면, 흡기압보다도 배기압의 쪽이 빠르게 응답한다.
따라서, ECU(50)는, 도 4에 도시한 바와 같이 신기량과 흡기압과 배기압의 각각에 대해 목표값과 센서로 검출되는 실제값의 편차에 기초하여, EGR 밸브(42)와 터보 과급기(30)와 목표 배기압의 보정의 양(보정량)에 대한 제어량을 각각 산출한다.
목표 배기압의 보정량은 신기량과 흡기압과 배기압의 3개의 지표(파라미터)에 기초하여 EGR 밸브(42) 및 터보 과급기(30)를 포함하는 3개의 제어 대상을 제어하기 위해 설정한 제어 대상이다.
도 4에 나타내는 C11 내지 C13은 목표 신기량과 실제 신기량의 편차에 기초하여, EGR 밸브(42)와 터보 과급기(30)와 목표 배기압의 보정량에 대한 제어량을 각각 산출하는 피드백(F/B) 제어기이다. ECU(50)는 F/B 제어기 C11 내지 C13 및 후술하는 F/B 제어기 C21 내지 C23, C31 내지 C33을 구비하고 있다. 실시 형태에서는 F/B 제어로서 PI 제어를 행하고 있다.
배기 산소 농도는 신기량에 관련하여 변화하는 물리량이므로, 후술하는 바와 같이, 배기 산소 농도는 엔진(2)의 운전 상태에 따라서 신기량 대신에 사용된다. 배기 산소 농도뿐만 아니라, 흡기 산소 농도 및 EGR률도 신기량에 관련하여 변화되는 물리량이다. 그러므로, 흡기 산소 농도 및 EGR률을 엔진 운전 상태에 따라서 신기량 대신에 사용해도 된다.
또한, 설명의 편의상, 신기량 대신에 배기 산소 농도를 사용하여, 후술하는 식 1 내지 식 10에 대해 설명한다.
C21 내지 C23은 목표 흡기압과 실제 흡기압의 편차에 기초하여, EGR 밸브(42)와 터보 과급기(30)와 목표 배기압의 보정량에 대한 제어량을 각각 산출하는 F/B 제어기이다.
C31 내지 C33은 목표 배기압과 실제 배기압의 편차에 기초하여, EGR 밸브(42)와 터보 과급기(30)와 목표 배기압의 보정량에 대한 제어량을 각각 산출하는 F/B 제어기이다.
C11, C21 및 C31은 EGR 밸브(42)에 대한 제어량을 산출하는 제어기이다. C12, C22 및 C32는 터보 과급기(30)에 대한 제어량을 산출하는 제어기이다. C13, C23 및 C33은 목표 배기압의 보정량에 대한 제어량을 산출하는 제어기이다. F/B 게인은 제어기마다 설정되어 있다.
도 4에 있어서, 기본 EGR 밸브 개방도와 기본 노즐 개방도와 목표 배기압은 각각 엔진 운전 상태에 기초하여 맵 등으로부터 취득된다.
여기서, 목표 배기 산소 농도를 ExO2Trg(i), 목표 흡기압을 PimTrg(i), 보정 전의 목표 배기압을 PexTrg(i), 목표 배기압에 대한 보정량을 PexTrgFb(i), 보정 후의 목표 배기압을 PexTrg2(i), 실제 배기 산소 농도를 ExO2(i), 실제 흡기압을 Pim(i), 실제 배기압을 Pex(i), 배기 산소 농도 편차를 ΔExO2(i), 흡기압 편차를 ΔPim(i), 배기압 편차를 ΔPex(i), 배기 산소 농도 편차의 차분을 ΔExO2Dif(i), 흡기압 편차의 차분을 ΔPimDif(i), 배기압 편차의 차분을 ΔPexDif(i)로 하면, ΔExO2(i), ΔExO2Dif(i), ΔPim(i), ΔPimDif(i), PexTrg2(i), ΔPex(i), ΔPexDif(i)는 이하의 식 1 내지 식 7로 나타난다. (i)는 금회의 값을 나타내고, (i-1)은 전회의 값을 나타내고 있다.
<식 1>
Figure pat00001
<식 2>
Figure pat00002
<식 3>
Figure pat00003
<식 4>
Figure pat00004
<식 5>
Figure pat00005
<식 6>
Figure pat00006
<식 7>
Figure pat00007
그리고, 기본 EGR 밸브 개방도에 대한 금회의 F/B량을 EgrFb(i), 기본 노즐 개방도에 대한 금회의 F/B량을 TrbFb(i)로 하면, EgrFb(i), TrbFb(i) 및 전술한 PexTrgFb(i)는 이하의 식 8 내지 식 10으로 나타난다. 본 실시 형태에서는, 목표값과 실제값의 편차의 차분으로 비례항을 나타내고, 목표값과 실제값의 편차로 적분항을 나타내고 있다.
<식 8>
Figure pat00008
<식 9>
Figure pat00009
<식 10>
Figure pat00010
또한, 식 8 내지 식 10 및 후술하는 각 식에 있어서 Kp는 비례 게인, Ki는 적분 게인을 나타내고 있다. 또한, Kp 및 Ki에 이어지는 전반의 2자리의 숫자는 도 4의 각 제어기의 2자리의 첨자 숫자에 대응한다. 「_v」에 이어지는 1자리의 숫자는 도 5의 흐름도에 있어서, F/B 연산 2 내지 F/B 연산 7의 순서에 대응하여 설정된 숫자이다.
그리고, Kp 및 Ki에 이어지는 전반의 2자리의 숫자 및 「_v」에 이어지는 1자리의 숫자가 달라짐으로써, 각각에 대응한 비례 게인 및 적분 게인이 설정되어 있는 것을 나타내고 있다.
다음에, EGR 밸브(42)와 터보 과급기(30)에 대한 ECU(50)의 F/B 제어 처리에 대해, 도 5의 흐름도에 기초하여 설명한다. 도 5의 흐름도는 타이머 인터럽트 등에 의해 주기적으로 실행된다.
S400에 있어서 ECU(50)는 흡기압 센서(22)와 배기압 센서(24)가 동시에 고장나 있는지, 혹은 흡기량 센서(14)와 산소 농도 센서(26)가 동시에 고장나 있는지를 판정한다. 흡기압 센서(22)와 배기압 센서(24)가 동시에 고장나 있거나, 혹은 흡기량 센서(14)와 산소 농도 센서(26)가 동시에 고장나 있는 경우(S400:예), ECU(50)는 EGR 밸브(42)와 터보 과급기(30)에 대해, 신기량 또는 배기 산소 농도와 흡기압과 배기압에 기초한 F/B 제어는 실행할 수 없다고 판단한다. 그런 후 S402로 처리를 이행한다.
S402에 있어서 ECU(50)는 전술한 EgrFb(i), TrbFb(i) 및 PexTrgFb(i)를 0으로 설정한다. 따라서, EGR 밸브(42)는 기본 EGR 밸브 개방도로 제어되고, 터보 과급기(30)는 기본 노즐 개방도로 제어된다.
흡기압 센서(22)와 배기압 센서(24)가 동시에 고장나 있지 않고, 또한 흡기량 센서(14)와 산소 농도 센서(26)가 동시에 고장나 있지 않은 경우(S400:아니오), ECU(50)는 신기량, 배기 산소 농도, 흡기압 및 배기압의 목표값인 GaTrg(i), ExO2Trg(i), PimTrg(i) 및 PexTrg(i)를 엔진 운전 상태에 기초하여 각각 산출한다(S404).
배기 산소 농도는 신기량에 관련하여 변화되는 물리량이므로, 후술하는 바와 같이, 엔진 운전 상태에 따라서 신기량 대신에 배기 산소 농도가 선택된다. 배기 산소 농도뿐만 아니라, 흡기 산소 농도 및 EGR률도 신기량에 관련하여 변화되는 물리량이다. 그러므로, 엔진 운전 상태에 따라서 신기량 대신에 흡기 산소 농도 또는 EGR률을 선택해도 된다.
다음에, ECU(50)는 목표 배기압을 식 5에 기초하여 보정하고(S406), 신기량, 배기 산소 농도, 흡기압 및 배기압의 실제값을 검출한다(S408). 그리고, ECU(50)는 각각의 목표값과 실제값의 편차 및 편차의 차분을 산출한다(S410).
식 1 내지 식 7에 추가하여, 목표 신기량을 GaTrg(i), 실제 신기량을 Ga(i), 신기량의 편차(신기량 편차)를 ΔGa(i), 신기량 편차의 차분을 ΔGaDif(i)로 하면, ΔGa(i) 및 ΔGaDif(i)는 이하의 식 11 및 식 12로 나타난다.
<식 11>
Figure pat00011
<식 12>
Figure pat00012
여기서, 센서에는 검출 대상의 값을 고정밀도로 검출할 수 있는 엔진 운전 상태와, 검출 정밀도가 저하되는 엔진 운전 상태가 존재한다. 도 6에 흡기량 센서(22)가 신기량을 고정밀도로 검출할 수 있고, 산소 농도 센서(26)가 배기의 산소 농도를 고정밀도로 검출할 수 있는 엔진 운전 상태의 영역을 나타낸다.
배기 산소 농도뿐만 아니라, 흡기 산소 농도 및 EGR률도 신기량에 관련하여 변화되는 물리량이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 엔진 운전 상태에 따라서 고정밀도로 검출할 수 있는 영역이 설정되어 있다.
흡기 산소 농도는 산소 농도 센서에 의해 직접 검출되거나, 혹은 신기량, 배기 산소 농도 등을 검출하는 각 부의 센서 출력을 사용하여 물리 모델 등에 기초하여 추정된다. EGR률은 엔진의 기통 내에 유입되는 흡기 가스의 양(흡기량, 신기량)과 EGR량의 합계에 대한 EGR량의 비율로부터 산출된다. EGR량은 각 부의 센서 출력을 사용하여 물리 모델 등에 기초하여 추정된다. 흡기 산소 농도 및 EGR률은 동일한 운전 영역으로 설정되므로 흡기 산소 농도 또는 EGR률 어느 쪽을 채용해도 좋다.
본 실시 형태에서는 신기량 또는 배기 산소 농도 중 어느 하나를, 엔진 운전 상태에 따라서 선택한다.
단, 산소 농도 센서(26)가 고장나 있는 경우에는 배기 산소 농도의 실제값을 취득할 수 없다. 그러므로, 엔진 운전 상태에 관계없이 신기량이 선택된다. 한편, 흡기량 센서(14)가 고장나 있는 경우에는 신기량의 실제값을 취득할 수 없다. 그러므로, 엔진 운전 상태에 관계없이 배기 산소 농도가 선택된다.
따라서, ECU(50)는 S412에 있어서 산소 농도 센서(26)가 정상인지 여부, S414에 있어서 흡기량 센서(14)가 정상인지 여부를 판정한다. 산소 농도 센서(26) 및 흡기량 센서(14)가 정상인 경우(S412:예, S414:예), ECU(50)는 S416으로 처리를 이행하여, 엔진의 운전 상태를 판정한다.
산소 농도 센서(26)가 이상인 경우(S412:아니오), ECU(50)는 엔진 운전 상태를 판정하지 않고 S428로 처리를 이행한다.
산소 농도 센서(26)가 정상이고 흡기량 센서(14)가 이상인 경우(S412:예, S414:아니오), ECU(50)는 엔진 운전 상태를 판정하지 않고 S418로 처리를 이행한다.
S416에 있어서 ECU(50)는 엔진 운전 상태가 배기 산소 농도의 검출에 적합한 영역인지 여부를 판정한다. 엔진 운전 상태가 배기 산소 농도의 검출에 적합한 경우(S416:예), S418로 처리를 이행한다. 엔진 운전 상태가 신기량의 검출에 적합한 경우(S416:아니오), S428로 처리를 이행한다.
배기압 센서(24) 및 흡기압 센서(22)가 정상인 경우(S418:예, S420:예), ECU(50)는 식 8 내지 식 10으로부터 EgrFb(i), TrbFb(i) 및 PexTrgFb(i)를 산출한다(S422).
배기압 센서(24)가 정상이고(S418:예), 흡기압 센서(22)가 이상인 경우(S420:아니오), ECU(50)는 다음의 식 13 내지 식 15로부터 EgrFb(i), TrbFb(i), PexTrgFb(i)를 산출한다(S424).
<식 13>
Figure pat00013
<식 14>
Figure pat00014
<식 15>
Figure pat00015
식 13 내지 식 15로부터 알 수 있는 바와 같이, 흡기압 센서(22)가 이상인 경우, 흡기압의 항은 삭제된다. 그리고, 흡기압을 제외한 배기 산소 농도 및 배기압의 2개의 지표(파라미터)에 기초하여 EGR 밸브(42) 및 터보 과급기(30)의 2개의 제어 대상을 제어하기 위해, PexTrgFb(i)＝0으로 하고, 목표 배기압의 보정량은 제어 대상으로부터 제외된다.
배기압 센서(24)가 이상인 경우(S418:아니오), ECU(50)는 다음의 식 16 내지 식 18로부터 EgrFb(i), TrbFb(i), PexTrgFb(i)를 산출한다(S426).
<식 16>
Figure pat00016
<식 17>
Figure pat00017
<식 18>
Figure pat00018
식 16 내지 식 18로부터 알 수 있는 바와 같이, 배기압 센서(24)가 이상인 경우, 배기압의 항은 삭제된다. 또한 PexTrgFb(i)＝0으로 하여 목표 배기압의 보정량은 제어 대상으로부터 제외된다.
엔진 운전 상태가 신기량의 검출에 적합한 경우(S416:아니오), S428로 처리를 이행한다.
배기압 센서(24) 및 흡기압 센서(22)가 정상인 경우(S428:예, S430:예), ECU(50)는 식 19 내지 식 21로부터 EgrFb(i), TrbFb(i) 및 PexTrgFb(i)를 산출한다(S432).
<식 19>
Figure pat00019
<식 20>
Figure pat00020
<식 21>
Figure pat00021
배기압 센서(24)가 정상이고(S428:예), 흡기압 센서(22)가 이상인 경우(S430:아니오), ECU(50)는 다음의 식 22 내지 식 24로부터 EgrFb(i), TrbFb(i) 및 PexTrgFb(i)를 산출한다(S434).
<식 22>
Figure pat00022
<식 23>
Figure pat00023
<식 24>
Figure pat00024
식 22 내지 식 24로부터 알 수 있는 바와 같이, 흡기압 센서(22)가 이상인 경우, 흡기압의 항은 삭제된다. 또한, PexTrgFb(i)＝0으로 하여 목표 배기압의 보정량은 제어 대상으로부터 제외된다.
배기압 센서(24)가 이상인 경우(S428:아니오), ECU(50)는 다음의 식 25 내지 식 27로부터 EgrFb(i), TrbFb(i) 및 PexTrgFb(i)를 산출한다(S436).
<식 25>
Figure pat00025
<식 26>
Figure pat00026
<식 27>
Figure pat00027
식 25 내지 식 27로부터 알 수 있는 바와 같이, 배기압 센서(24)가 이상인 경우, 배기압의 항은 삭제된다. 또한, PexTrgFb(i)＝0으로 하여 목표 배기압의 보정량은 제어 대상으로부터 제외된다.
이상 설명한 상기 실시 형태에서는 신기량 및 배기 산소 농도로부터 선택되는 제어 파라미터와 흡기압의 각각의 편차 외에, 배기압의 편차에 기초하여 EGR 밸브(42) 및 터보 과급기(30)의 제어량을 설정한다. 그러므로, 흡기압과 배기압의 차압에 의해 변화되는 EGR량 및 대기압과 배기압의 차압에 의해 변화하는 터빈(32)에 도입되는 배기 가스량을 고정밀도로 제어할 수 있다.
또한, 터보 과급기(30)가 작동함으로써, 흡기압보다도 배기압이 먼저 응답하여 변화된다. 그러므로, 배기압의 편차를 EGR 밸브(42) 및 터보 과급기(30)를 제어하는 지표(파라미터)로 함으로써, EGR 밸브(42) 및 터보 과급기(30)에 대한 제어의 응답성이 향상된다. 그 결과, 배기 에미션을 저감시킬 수 있다.
또한, 배기압 센서(24) 또는 흡기압 센서(22)의 고장 시에, 신기량 또는 배기 산소 농도와 흡기압과 배기압의 각각의 목표값과 실제값의 편차 중 고장 센서에 해당하는 편차의 항을 제외하고 EGR 밸브(42) 및 터보 과급기(30)에 대한 제어량을 산출한다. 이로써, 배기압 센서(24) 또는 흡기압 센서(22)의 고장 시에 있어서도 배기 에미션의 악화를 최대한 저감시킬 수 있다.
[다른 실시 형태]
터보 과급기의 과급 조정 장치로서는, 가동 베인에 의해 노즐 개방도를 조정하여 터빈에 도입되는 배기 가스량을 제어하는 상기 실시 형태의 구성으로 한정되는 것은 아니다. 터빈을 바이패스하는 바이패스 유로를 웨스트 게이트 밸브로 개폐함으로써, 터빈에 도입되는 배기 가스량을 제어하는 구성을 채용해도 된다.
본 발명은 상술된 구성으로 한정되는 것이 아니라, 기술 분야의 숙련자에게 일어날 수 있는 임의의 그리고 모든 변형, 변동 또는 등가물이 본 발명의 범위 내에 드는 것으로 고려되어야 한다는 것을 이해될 것이다.
이하에서, 상술된 실시 형태의 태양이 요약될 것이다.
엔진 제어 장치는 배기 가스 재순환 장치와 과급기를 구비하는 엔진에 적용된다. 배기 가스 재순환 장치는 EGR량을 EGR 조정 장치에 의해 조정한다. 과급기는 터빈에 도입되는 배기 가스량을 과급 조정 장치가 조정함으로써, 압축기가 과급하는 흡기의 흡기압을 조정한다.
엔진 제어 장치는 제1 편차, 제2 편차 및 제3 편차의 각각에 기초하여 EGR 조정 장치, 과급 조정 장치 및 목표 배기압의 보정량에 대한 제1 제어량을 설정한다. 제1 편차는 흡기 유로를 흐르는 신선한 공기의 양인 신기량, 엔진에 흡입되는 흡기 산소의 농도인 흡기 산소 농도, 엔진으로부터 배출되는 배기 산소의 농도인 배기 산소 농도 및 EGR률 중 어느 하나의 목표값과 실제값의 편차이다. 제2 편차는 과급기에 의해 과급되는 흡기 가스의 흡기압의 목표값과 실제값의 편차이다. 제3 편차는 엔진으로부터 배출되는 배기 가스의 배기압의 목표값과 실제값의 편차이다.
신기량, 흡기 산소 농도, 배기 산소 농도 및 EGR률은 서로 관련하여 변화되는 물리량이므로, 이들 중 어느 것을 선택해도 좋다. 또한, EGR률은 엔진의 기통 내에 유입되는 흡기 가스의 양과 EGR량의 합계에 대한 EGR량의 비율이다.
그리고, EGR 조정 장치와 과급 조정 장치와 목표 배기압의 보정량의 각각에 대해 편차마다 설정되는 제1 제어량의 합계를, EGR 조정 장치와 과급 조정 장치와 목표 배기압의 보정량의 각각에 대한 제2 제어량으로서 설정한다.
또한, 목표 배기압의 보정량은 신기량, 흡기 산소 농도, 배기 산소 농도 및 EGR률 중 어느 하나와 흡기압과 배기압의 3개의 지표(파라미터)에 기초하여 EGR 조정 장치 및 과급 조정 장치를 포함하는 3개의 제어 대상을 제어하기 위해 설정한 제어 대상이다.
또한, 목표 배기압은 목표 신기량 및 목표 흡기압과 마찬가지로 엔진 운전 상태에 따라서 설정된다. 그러나, 목표 신기량 및 목표 흡기압에 대해 적절한 목표 배기압은 개별 구성요소 간의 차 또는 환경에 따라서 변화된다. 따라서, 제1 편차와 제2 편차와 제3 편차에 기초하여 설정된 목표 배기압의 보정량으로 목표 배기압을 보정함으로써, 목표 신기량 및 목표 흡기압에 대해 적절한 목표 배기압을 설정할 수 있다.
EGR 조정 장치가 조정하는 EGR량은 배기압과 흡기압의 차압에 의해서도 변화된다. 과급 조정 장치가 조정하여 터빈에 도입되는 배기 가스량은 배기압과 대기압의 차압에 의해서도 변화된다. 따라서, 신기량, 흡기 산소 농도, 배기 산소 농도 및 EGR률 중 어느 하나와 흡기압의 각각의 목표값과 실제값의 편차 외에, 배기압의 목표값과 실제값의 편차에 기초하여, EGR 조정 장치와 과급 조정 장치와 목표 배기압의 보정량에 대한 제어량을 각각 설정함으로써, EGR 조정 장치 및 과급 조정 장치에 대한 제어량을 고정밀도로 설정할 수 있다.
또한, 배기압은 흡기압보다도 과급 조정 장치가 조정하는 배기 가스량에 대한 응답성이 높으므로, 배기압의 목표값과 실제값의 편차에 기초하여 EGR 조정 장치 및 과급 조정 장치에 대한 제어량을 설정함으로써, EGR 조정 장치 및 과급 조정 장치에 대한 제어의 응답성이 향상된다. 특히, 엔진의 과도 운전 시에 있어서, EGR 조정 장치 및 과급 조정 장치에 대한 제어의 응답성이 향상된다.
그리고, EGR 조정 장치 및 과급 조정 장치를 고정밀도이고 또한 높은 응답성으로 적절하게 제어함으로써, 엔진이 흡입하는 산소량을 고정밀도이고 또한 높은 응답성으로 설정할 수 있다. 그 결과, 엔진으로부터 배출되는 배기 에미션을 저감시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 배기 가스의 일부를 EGR 가스로 하여 배기 유로(210)로부터 흡기 유로(200)로 재순환시키는 EGR량을 EGR 조정 장치(42)에 의해 조정하는 배기 가스 재순환 장치(42, 220)와, 터빈(32)에 도입되는 배기 가스량을 과급 조정 장치(34)가 조정함으로써, 압축기(36)가 과급하는 흡기의 흡기압을 조정하는 과급기(30)를 구비하는 엔진(2)에 적용되는 엔진 제어 장치(50)이며,
    상기 흡기 유로를 흐르는 신기의 양인 신기량, 상기 엔진에 흡입되는 흡기 산소의 농도인 흡기 산소 농도, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기 산소의 농도인 배기 산소 농도 및 EGR률 중 어느 하나의 목표값과 실제값의 제1 편차를 산출하는 제1 산출 섹션(S410)과,
    상기 흡기압의 목표값과 실제값의 제2 편차를 산출하는 제2 산출 섹션(S410)과,
    상기 엔진으로부터 배출되는 배기 가스의 배기압의 목표값과 실제값의 제3 편차를 산출하는 제3 산출 섹션(S410)과,
    상기 EGR 조정 장치와 상기 과급 조정 장치와 상기 배기압의 목표값인 목표 배기압의 보정량의 각각에 대해, 상기 제1 편차와 상기 제2 편차와 상기 제3 편차의 각 편차에 기초하여 편차마다 제1 제어량을 설정하는 제1 제어 섹션(S402, S422 내지 S426, S432 내지 S436)과,
    상기 EGR 조정 장치와 상기 과급 조정 장치와 상기 목표 배기압의 보정량의 각각에 대해 상기 제1 제어 섹션이 상기 편차마다 설정하는 상기 제1 제어량의 합계를, 상기 EGR 조정 장치와 상기 과급 조정 장치와 상기 목표 배기압의 보정량의 각각에 대한 제2 제어량으로서 설정하는 제2 제어 섹션(S402, S422 내지 S426, S432 내지 S436)을 포함하는, 엔진 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 제어 섹션은 피드백 제어를 수행하는, 엔진 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제3 편차를 산출할 때에 상기 제3 산출 섹션이 상기 배기압의 실제값을 취득할 수 없는 경우, 상기 제1 제어 섹션(S426, S436)은 상기 EGR 조정 장치와 상기 과급 조정 장치의 각각에 대해, 상기 제1 편차와 상기 제2 편차의 각 편차에 기초하여 편차마다 상기 배기압의 실제값을 취득할 수 없는 경우에 대응한 상기 제1 제어량을 설정하고,
    상기 제3 산출 섹션이 상기 배기압의 실제값을 취득할 수 없는 경우, 상기 제2 제어 섹션(S426, S436)은 상기 EGR 조정 장치와 상기 과급 조정 장치의 각각에 대해 상기 제1 제어 섹션이 상기 제1 편차와 상기 제2 편차의 각 편차에 기초하여 편차마다 설정하는 상기 제1 제어량의 합계를, 상기 EGR 조정 장치와 상기 과급 조정 장치의 각각에 대한 상기 제2 제어량으로서 설정하는, 엔진 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 편차를 산출할 때에 상기 제2 산출 섹션이 상기 흡기압의 실제값을 취득할 수 없는 경우, 상기 제1 제어 섹션(S424, S434)은 상기 EGR 조정 장치와 상기 과급 조정 장치의 각각에 대해, 상기 제1 편차와 상기 제3 편차의 각 편차에 기초하여 편차마다 상기 흡기압의 실제값을 상기 제2 산출 섹션이 취득할 수 없는 경우에 대응한 상기 제1 제어량을 설정하고,
    상길 제2 산출 섹션이 상기 흡기압의 실제값을 취득할 수 없는 경우, 상기 제2 제어 섹션(S424, S434)은 상기 EGR 조정 장치와 상기 과급 조정 장치의 각각에 대해 상기 제1 제어 섹션이 상기 제1 편차와 상기 제3 편차의 각 편차에 기초하여 편차마다 설정하는 상기 제1 제어량의 합계를, 상기 EGR 조정 장치와 상기 과급 조정 장치의 각각에 대한 상기 제2 제어량으로서 설정하고, 상기 목표 배기압의 보정량을 0으로 설정하는, 엔진 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 신기량, 상기 흡기 산소 농도, 상기 배기 산소 농도 및 상기 EGR률 중 2개 또는 3개를 포함하는 군으로부터, 상기 엔진 운전 상태에 따라서 하나를 제어 파라미터로서 선택하는 선택 섹션(S416)을 더 구비하고,
    상기 제1 제어 섹션은 상기 선택 섹션이 선택한 상기 제어 파라미터에 대해, 상기 제1 편차에 기초하여 상기 제1 제어량을 설정하는, 엔진 제어 장치.
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