WO2011099174A1 - 内燃機関の排ガス再循環制御装置 - Google Patents

内燃機関の排ガス再循環制御装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2011099174A1
WO2011099174A1 PCT/JP2010/059942 JP2010059942W WO2011099174A1 WO 2011099174 A1 WO2011099174 A1 WO 2011099174A1 JP 2010059942 W JP2010059942 W JP 2010059942W WO 2011099174 A1 WO2011099174 A1 WO 2011099174A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
control
egr
valve
command value
opening
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/059942
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
和成 井手
遠藤 浩之
Original Assignee
三菱重工業株式会社
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 三菱重工業株式会社 filed Critical 三菱重工業株式会社
Priority to EP10845766.4A priority Critical patent/EP2450555B1/en
Priority to KR1020127000907A priority patent/KR101291420B1/ko
Priority to US13/388,106 priority patent/US8897994B2/en
Publication of WO2011099174A1 publication Critical patent/WO2011099174A1/ja

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D21/00Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas
    • F02D21/06Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to engines having other non-fuel gas added to combustion air
    • F02D21/08Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to engines having other non-fuel gas added to combustion air the other gas being the exhaust gas of engine
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/005Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/10Introducing corrections for particular operating conditions for acceleration
    • F02D41/107Introducing corrections for particular operating conditions for acceleration and deceleration
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F02D41/1458Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio with determination means using an estimation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002Controlling intake air
    • F02D2041/0017Controlling intake air by simultaneous control of throttle and exhaust gas recirculation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D2041/1409Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method using at least a proportional, integral or derivative controller
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D2041/141Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method using a feed-forward control element
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/04Engine intake system parameters
    • F02D2200/0406Intake manifold pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/04Engine intake system parameters
    • F02D2200/0414Air temperature
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0614Actual fuel mass or fuel injection amount
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/10Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
    • F02D2200/101Engine speed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/18Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine.
  • an EGR exhaust gas recirculation device
  • an EGR gas control valve that controls the amount of EGR gas is provided in an EGR gas passage that connects the exhaust gas passage and the intake passage to each other, and the target determined according to the operating state of the internal combustion engine with respect to the EGR control valve.
  • the valve opening amount is controlled by feedback correction means so that the opening degree is reached.
  • Patent Document 1 Patent No. 2832422
  • Patent Document 2 Patent No. 2832423
  • Patent Document 1 in the state where the rate of change of the target valve opening amount relative to the EGR control valve is large, or in the state where the deviation between the target valve opening amount and the actual valve opening amount is large, the integration of the PI controller for feedback control is described. It is shown that the operation is not performed (the integral value is zero) to prevent overshoot of the EGR control valve opening.
  • Patent Document 2 also discloses feedback correction means for performing feedback correction so that the opening amount of the EGR gas control valve becomes the target valve opening amount, and feedforward correction for performing feedforward correction so as to become the target valve opening amount.
  • Patent Document 2 only discloses that the feedback correction means and the feedforward correction means are selectively used, and the feedback correction means and the feedforward correction means are simultaneously performed and the respective correction coefficients are added. Control to a target valve opening amount with higher followability as a correction coefficient is not disclosed.
  • the present invention has been made in view of these problems, and control that improves overshooting and undershooting with respect to the target valve opening of the EGR gas control valve to improve followability and reliability to the target valve opening. It is an object of the present invention to provide an exhaust gas recirculation control device for an internal combustion engine that can be achieved by a simple control logic.
  • the present invention provides an EGR control valve that is provided in an EGR gas passage that connects an exhaust passage and an intake passage and controls the amount of EGR gas, and an EGR control that responds to the operating state of the internal combustion engine.
  • an exhaust gas recirculation control device for an internal combustion engine comprising: feedback control means for outputting a feedback control command value for valve opening control; and feedforward control means for outputting a feedforward control command value.
  • An addition means for adding the control command value of the EGR control valve and the control command value from the feedback control means, and comparing the addition value obtained by the addition means with a limit signal for the maximum opening of the EGR control valve.
  • Selection means that adopts the command value on the close side, and the command value on the open side is output to the EGR control valve from the limit signal of the maximum opening degree. Characterized by being configured so as not to.
  • the selection means among the addition values of the limit signal of the maximum opening of the EGR control valve, the control command value from the feedforward control means, and the control command value from the feedback control means, Feedback control is performed during transient operation by adopting the command value with the valve opening being closed, so that the command value on the opening side is not output from the valve opening by the limit signal of the maximum opening of the EGR control valve. Due to the transient response of the means, the EGR control valve opens more than necessary, and smoke can be prevented from being generated due to excessive recirculation of the exhaust gas.
  • the opening degree is limited by the limit signal of the maximum opening degree of the EGR control valve, even if the feedback control command value transits excessively and exceeds the feedback control target value, the valve opening degree of the maximum opening degree limiting signal Since the control to the more open side is prohibited, the EGR control valve is largely opened and the exhaust gas is recirculated more than necessary, so that it can be prevented from going in the direction A in the characteristic graph shown in FIG. 11, and the occurrence of smoke can be prevented. .
  • control command value from the feedforward control means may be input to the selection means as a limit signal for the maximum opening of the EGR control valve.
  • control command value from the feedforward control means is input to the selection means as a limit signal for the maximum opening of the EGR control valve, the control by the added value of the feedforward control command value and the feedback control command value Thus, it is possible to easily switch to the control based on the feedforward control command value.
  • the feedback control target value map is a desired value (a value suitable for the driving state) in the low-load operating range.
  • the excess air ratio is high and smoke does not easily occur, so there is no need to feedback control the EGR control valve, and feedforward control is sufficient. Furthermore, in the low load region, since the fuel injection amount is small and the variation range of the oxygen excess rate with respect to the condition change is large, if feedback control is performed, there is a problem in the reproducibility of the EGR control valve, and feedback control is not suitable. On the other hand, in a high load region where the excess air ratio decreases, the EGR control valve is highly accurate and highly responsive so as to achieve the feedback control target value (the target value of the excess air ratio as the EGR feedback control target value). Since control is required, feedback control is required in this high-load operation region.
  • the feedback control target value is intentionally changed for each operation load region as described above, and feedforward control is selected in the low load operation region, and feedforward control and feedback are performed in the high load operation region. It is possible to switch between the two controls with a simple control logic so that the control is added to the control.
  • the limit signal of the maximum opening of the EGR control valve may be a value calculated using an EGR valve maximum opening map set according to the engine operating state and the environmental state.
  • the control command value from the feedforward control means is used as the limit signal as in the above invention
  • an appropriate limit cannot be performed when the environmental state changes greatly.
  • the control command value from the feedforward control means is set as a value in the standard atmospheric condition, the response to such a change in the environmental condition is not sufficient.
  • the feedback control command value is calculated based on a PID (proportional, integral, integral) based on a calculated excess air ratio of the internal combustion engine and a target excess air ratio as a feedback control target value set in advance according to the operating state. It is preferable to calculate the amount of opening of the EGR appropriately by using the excess air ratio as the target value as the EGR feedback control target value according to the operating state.
  • PID proportional, integral, integral
  • a valve opening limiter for the EGR control valve is provided, and an automatic blending PID means is provided in the feedback control means based on the deviation between the output signal of the valve opening limiter and the output signal of the adding means. It is good to be provided.
  • the automatic blending PID as a windup countermeasure (input saturation countermeasure) of the feedback control means, while the feedforward control command value is selected by the selection means, the PID integrator of the feedback control means. It is prevented that the integral value continues to accumulate. This improves the followability when the feedback control target value changes, and prevents the exhaust gas purification effect from being impaired during transient operation.
  • the integral value is prevented from continuously accumulating in the PID integrator. . This improves the followability when the feedback control target value changes, and prevents the exhaust gas purification effect from being impaired during transient operation.
  • a transient control means for controlling the EGR control valve to a minimum opening or a fully closed state for a certain period during the transient operation, and an output signal of the transient control means and an output signal of the selection means It is preferable to provide a transition selection means for selecting one of the above and outputting to the valve opening limiter.
  • the feedback control command value and the feedforward control command value are calculated according to the operating state of the internal combustion engine, by intentionally changing and setting the feedback control target value for calculating the feedback control command value, For example, by setting a value that is intentionally changed from the desired value in the feedback control target value map in the low-load operation range, it is set so that only the feedforward control command value is adopted by the selection means during low-load operation.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment in which an exhaust gas recirculation control device of the present invention is applied to a diesel engine. It is a control flowchart of a 1st embodiment.
  • A It is a block diagram of the configuration of the first embodiment,
  • (b) is an explanatory diagram of signal conversion. It is explanatory drawing of the simulation confirmation in 1st Embodiment, (a) shows the state by which an overshoot is prevented, (b) shows the switching state of two control means. It is a general
  • a diesel engine (hereinafter referred to as an engine) 1 includes an exhaust turbocharger 7 having an exhaust turbine 3 and a compressor 5 driven coaxially with the exhaust turbine 3.
  • the air discharged from the compressor 5 passes through the air supply passage 9 and enters the intercooler 11, where the air supply is cooled, and then the intake air flow rate is controlled by the intake throttle valve 13.
  • the intake port 17 is provided to flow into the combustion chamber via the intake valve of the engine 1.
  • the engine 1 is provided with a fuel injection control device 19 that controls the fuel injection timing, the injection amount, and the injection pressure, and injects fuel into the combustion chamber.
  • a fuel controlled to a predetermined fuel pressure is supplied to the fuel injection valve 21 at a predetermined fuel injection timing.
  • an EGR (exhaust gas recirculation) passage 25 is branched from the middle of the exhaust passage 23, and a part of the exhaust gas is cooled by the EGR cooler 27, and an EGR valve (EGR control valve) 29 is provided downstream of the intake throttle valve 13. It comes to be inserted through.
  • the intake throttle valve 13 is provided with a throttle valve control device path 31 to control opening and closing, and the EGR valve 29 is provided with an EGR control device (exhaust gas recirculation control device) 33 to control opening and closing.
  • the combustion gas that is, the exhaust gas 35 combusted in the combustion chamber of the engine 1 passes through the exhaust manifold 39 and the exhaust passage 23 in which exhaust ports 37 provided for each cylinder are gathered, and the exhaust turbine 3 of the exhaust turbo supercharger 7. Is used as a power source for the compressor 5 and then flows into the exhaust gas after-treatment device (not shown) through the exhaust passage 23.
  • the control unit (ECU) 41 receives an engine speed signal from a pulse counter 43 connected to an engine speed sensor 42, receives a fuel injection amount signal from the fuel injection control device 19, and is provided in the intake manifold 15.
  • the detected detection signal from the intake manifold temperature sensor 44 is converted by the A / D converter 45
  • the detection signal from the intake manifold pressure sensor 46 is converted by the A / D converter 47
  • the detection signal from the air flow meter 48 is converted to A / D.
  • the signals are converted by the D converter 49 and input respectively.
  • Feedback control means 51 for outputting a feedback control command value and feedforward control means 53 for outputting a feedforward control command value are provided.
  • the feedforward control means 53 performs feedforward control using a feedforward control map 55 in which the target valve opening of the EGR valve 29 is set based on the engine speed and the fuel injection amount (engine load) as the engine operating state.
  • a command value 57 is calculated.
  • the feedback control means 51 is a feedback control in which a feedback control target value (target excess air ratio) corresponding to the operating state is set based on the engine speed and the fuel injection amount (engine load) that are the operating state of the engine.
  • a feedback control target value target excess air ratio
  • the PID calculation unit 63 uses the map 61 to calculate a feedback control command value 65.
  • the feedback control command value 65 is calculated as follows.
  • the excess air ratio estimation calculation unit 67 calculates the actual excess air ratio from detection signals of the air flow rate, the intake manifold pressure, the intake manifold temperature, the engine speed, and the fuel injection amount.
  • the actual excess air ratio and the target excess air ratio are input to the adder / subtractor 69, and based on the deviation, the PID calculator 63 calculates the proportional element (P), the differential element (D), and the integral element (I). These calculations are performed, and the calculation results are input to the adder 71 to calculate the feedback control command value 65.
  • the feedforward control command value 57 and the feedback control command value 65 are input to the adder (adding means) 73 and an addition command value 75 is output.
  • the maximum value selection function unit (selection means) 77 When the feedforward control command value 57 and the addition command value 75 are input to the maximum value selection function unit (selection means) 77, the larger one is selected by the maximum value selection function unit 77. If the larger one is selected at the time of selection, the command value on the side where the valve opening of the EGR valve 29 is closed is selected. Accordingly, if the feedforward control command value 57 is closer to the addition command value 75, the feedforward control command value 57 is selected. Conversely, if the addition command value 75 is the close side, the addition command value 75 is selected.
  • the addition command value 75 is on the closed side, the result is that it is on the closed side with respect to the feedforward control command value 57, so that the command value on the opening side from the valve opening by the feedforward control command value 57 is EGR control valve. Is selected so that it will not be output.
  • the output signal adopted in this way is then input to the valve opening limiter 79 which is an EGR valve control command saturation element, and the output signal is limited to protect the EGR valve 29. Then, the signal ⁇ that has passed through the valve opening limiter 79 is converted into valve control command signals for the EGR valve 29 and the intake throttle valve 13 as EGR valve control command values and intake throttle valve control command values, respectively, and output. Conversion is performed based on the relational expression or relational graph of FIG.
  • a target signal is calculated in step S2.
  • the target valve opening of the EGR valve 29 is calculated using the feedforward control map 55 based on the engine speed and the fuel injection amount (engine load).
  • the target excess air ratio is calculated using the feedback control map 61 based on the engine speed and the fuel injection amount (engine load).
  • step S3 the actual excess air ratio is calculated by the excess air ratio estimation calculation unit 67 from the detection signals of the air flow rate, the intake manifold pressure, the intake manifold temperature, the engine speed, and the fuel injection amount.
  • step S4 the PID calculation unit 63 performs PID calculation, and in step S5, the adder 73 adds control command values.
  • step S6 the maximum value selection function unit 77 selects a command value on the side where the valve opening of the EGR valve 29 is closed.
  • step S7 the valve opening limiter 79 performs saturation processing of the EGR control command value to limit it, and in step 8, the output signal ⁇ of the valve opening limiter 79 is used as a control command for the EGR valve 29 and the intake throttle valve 13. The value is converted into a value and output, and the process ends in step S9.
  • the maximum value selection function unit 77 serving as a selection unit converts the feedforward control command value 57 from the feedforward control unit 53 and the feedback control command value 57 to the feedforward control command value 57.
  • the command value on the valve closing side is adopted so that the command value on the opening side from the feedforward control command value 57 is not output, and feedforward control is performed.
  • the command value 57 becomes a limit value to the opening side, and during transient operation, the EGR valve 29 opens more than necessary due to the transient response of the feedback control means 51, and the exhaust gas is recirculated excessively, resulting in smoke. Can be prevented.
  • the feedforward control command value 57 becomes a limit value, even if the feedback control command value 65 goes transiently and exceeds the feedback control target value, the control to the side that opens from the valve opening by the feedforward control command value Therefore, the exhaust gas is recirculated more than necessary by opening the EGR control valve greatly, and it is possible to prevent the occurrence of smoke by preventing it from moving in the direction A in the characteristic graph shown in FIG.
  • FIG. A simulation of this overshoot prevention state is shown in FIG.
  • a change state of the valve opening when there is an opening change signal of the EGR valve 29 at the time of 5 seconds is shown.
  • the feedforward control command value 57 is the valve opening X% of the EGR valve 29. Therefore, it was confirmed that overshooting as in the prior art was prevented without opening further.
  • the addition command value 75 obtained by adding the feedforward control command value 57 and the feedback control command value 65 is adopted in the maximum value selection function unit 77, not only the feedback control command value 65 but also the steady state.
  • the switching of the two control means can be controlled according to the engine speed and the fuel injection amount (engine load), and the feedforward control map
  • the set value 55 By changing the set value 55, the limit value of the opening degree of the EGR valve 29 can be changed according to the engine speed and the fuel injection amount (engine load). Of course, it may be set as a constant value without being changed.
  • Fig. 4 (b) shows a simulation of the switching state of the two control means. For example, it shows the time of 5 seconds, shows a case where the feedforward control command value 57 is set to be equivalent to X%, and it has been confirmed that it does not open further.
  • the feedforward control command value 57 and the feedback control command value 65 are input to the adder (adding means) 73 and the addition command value.
  • the addition command value 75 and the feedforward control command value 57 are input to the maximum value selection function unit (selection means) 77, and the larger value is selected by the maximum value selection function unit 77.
  • the command value with the valve opening of the EGR valve 29 closer to the closed side is selected.
  • This EGR valve maximum opening degree map 80 is a map in which the EGR valve maximum opening degree is set with the engine operating state and the atmospheric state as parameters.
  • the feedforward control command value 57 is used as the limit signal as in the first embodiment, there may be a case where appropriate limitation cannot be performed when the environmental state changes greatly. For example, when the atmospheric temperature changes to the high temperature side, the combustion temperature rises accordingly and the NOx emission amount increases, so it is necessary to set the limit value of the maximum opening of the EGR control valve to the opening side. Since the control command value from the feedforward control means 53 is set as a value in the standard atmospheric condition, the response to the change in the environmental condition is not sufficient.
  • the second embodiment by setting a limit value using the EGR valve maximum opening map 80 set according to the engine operating state and the environmental state, there is a large environmental change, for example, a change in atmospheric pressure or atmospheric temperature. However, it is possible to reliably prevent overshoot while appropriately suppressing the NOx emission amount.
  • the third embodiment is based on the deviation obtained by inputting the output signal of the valve opening limiter 79 and the output signal of the adder 73 to the adder / subtractor 81 in the configuration block diagram of the first embodiment of FIG.
  • an automatic blending PID 83 for automatically blending the feedback control means 51 is provided.
  • the output signal of the calculation element 85 of the automatic blending PID 83 is input to the adder / subtractor 87 and input to the integral calculation unit.
  • Other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • Fig. 7 shows the results confirmed by simulation. Since the feedforward control command value 57 is the valve opening X% of the EGR valve 29, when the EGR control target value changes at the time of 5 seconds, for example, when the EGR control target value is not opened any further, In the case of the embodiment, it changes at the same time, but in the case of the prior art, it has been confirmed that it changes with a delay.
  • the automatic blending PID 83 as a windup countermeasure (input saturation countermeasure) of the feedback control means 51, while the feedforward control command value 57 is selected by the maximum value selection function unit 77. Further, it is possible to prevent the integral value from being continuously accumulated in the integrator of the PID calculation unit 63 of the feedback control means 51. This improves the followability when the feedback control target value changes, and prevents the exhaust gas purification effect from being impaired during transient operation.
  • a transient control unit 91 as an additional EGR control function is added to the configuration block diagram of the third embodiment of FIG.
  • a transition time selection unit 93 is provided between the valve opening limiter 79 and the maximum value selection function unit 77, and the maximum value of the output signal from the transient control unit 91 and the output signal of the maximum value selection function unit 77 or One of the minimum values is selected and output to the valve opening limiter 79.
  • Other configurations are the same as in the first embodiment.
  • This transient control means 91 controls the EGR valve 29 to be fully closed or to a minimum opening degree for a certain period when the engine speed or load increases in order to suppress the occurrence of smoke during transient operation.
  • Steps S11 to S13 are the same as steps S1 to S3 of the first embodiment.
  • step S14 performs an anti-windup calculation.
  • the output signal of the valve opening limiter 79 and the output signal of the adder 73 are input to the adder / subtractor 81, the deviation is calculated by the calculation element 85 of the automatic blending PID 83, and the adder / subtractor 87 calculates the input signal of the integral calculation unit.
  • steps S15 to S17 are the same as steps S4 to S6 of the first embodiment.
  • step S18 a signal from the transient control means 91 is calculated, and in step S19, the transient control means 91 One of the maximum value and the minimum value of the calculation result of the signal and the output signal of the maximum value selection function unit 77 is selected.
  • Steps S15 to S17 are the same as steps S7 to S9 in the first embodiment.
  • the third embodiment will be described when the state in which the EGR valve 29 is controlled by the transient control unit 91 is released. Since automatic blending PID83 is provided as a countermeasure against windup (input saturation countermeasure), the occurrence of windup (input saturation) is prevented, so an optional logic such as the transient control means 91 is added. However, adverse effects are prevented.
  • the transition control means 91 is provided, and the logic for fully closing the EGR control valve for a predetermined time in order to suppress the occurrence of smoke during transient operation, or the logic for holding the EGR control valve at the minimum opening degree, etc.
  • the automatic blending PID 83 prevents the EGR control valve from following adverse effects even during a transient change when the control of the transient control means 91 is released. Reliability is improved.
  • Figure 10 shows the results confirmed by simulation.
  • the state of the valve opening of the EGR valve 29 when the transient control means 91 that forcibly closes the EGR valve for 5 to 6 seconds is operated and then the control of the transient control means 91 is released is displayed. Show. Since no windup occurred, it was confirmed that the operation started immediately and increased to the limit value of the valve opening X% of the feedforward control command value, and then returned to the initial state.
  • the present invention it is possible to prevent overshooting of the EGR gas control valve, etc., to prevent the occurrence of smoke due to excessive opening of the EGR control valve, and to improve the followability and reliability of the EGR control valve.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

EGRガス制御弁のオーバーシュートやアンダーシュートを防止して目標弁開度への追従性および信頼性を高めた制御装置を簡単な制御ロジックによって達成できる内燃機関の排ガス再循環制御装置を提供することを課題とする。本発明は、EGR制御弁の開度制御にフィードバック制御手段51と、フィードフォワード制御手段53とを備えた内燃機関の排ガス再循環制御装置において、フィードフォワード制御指令値57とフィードバック制御指令値65とを加算する加算器73と、該加算器73による加算値と、最大開度の制限信号としてのフィードフォワード制御指令値57もしくはEGR最大開度マップ値とを比較してEGR制御弁の弁開度が閉側の方の指令値を採用する最大値選択関数部77とを備え、フィードフォワード制御指令値57による弁開度より開き側の指令値がEGR制御弁に出力されないように構成したことを特徴とする。

Description

内燃機関の排ガス再循環制御装置
 本発明は、内燃機関の排ガス再循環装置に関する。
 内燃機関からのNOx排出低減として、EGR(排ガス再循環装置)を設けることが従来から行われている。
 そして、従来から排ガス通路と吸気通路とを互いに連結するEGRガス通路内にEGRガス量を制御するEGRガス制御弁を設け、該EGR制御弁に対して、内燃機関の運転状態に応じて定まる目標開度になるようにフィードバック補正手段によって開弁量を制御している。
 しかし、過渡運転状態においては、必ずしも適正な目標開度で運転できず、目標開度が急激に増大した場合には、実際の開度が目標開度となった後しばらくの間、目標開度より行き過ぎる所謂オーバーシュート、または戻りすぎるアンダーシュートが生じる。この場合、開き側にオーバーシュートすると目標開度で定まる要求EGR量よりも過剰に供給されてしまい、排気通路から排出されるスモークの発生が増大する問題がある。
 逆に、目標開度が急激に減少した場合には、目標開度で定まる要求EGR量よりも閉じ側に減少するアンダーシュートが生じ、この場合にはEGRガス量が要求されるガス量に対して不足することとなる。
 なお、EGR制御弁の開度を変化させた場合のNOxとスモークとの排出量関係は、図11に示すようにトレードオフの関係にある。なお、スモークはPM(粒子状物質)も含む意味である。
 従って、EGR制御弁の目標弁開度が与えられた後に、いかにして、オーバーシュート
 およびアンダーシュートなく目標弁開度に追従させるかの技術が重要である。
 このオーバーシュートおよびアンダーシュートなく目標弁開度に追従させる技術として、例えば、特許文献1(特許第2832422号公報)、および特許文献2(特許第2832423号公報)が知られている。
 特許文献1には、EGR制御弁に対しての目標弁開量の変化率が大きい状態や、目標弁開量と実弁開量との偏差が大きい状態では、フィードバック制御のPI制御器の積分動作を行わない(積分値をゼロ)ようにしEGR制御弁開度のオーバーシュートを防止することが示されている。
 また、特許文献2には、EGRガス制御弁の開弁量が目標開弁量になるようにフィードバック補正をするフィードバック補正手段と、目標開弁量になるようにフィードフォワード補正をするフィードフォワード補正手段とを備えて、目標開弁量が小さいときには大きいときに比べてフィードフォワード補正手段による補正作用を低減すること、またはEGRガス制御弁と実際の開弁量との差の絶対値が大きいときには小さい時に比べてフィードフォワード補正手段よる補正作用を増大ことが開示されている。
特許第2832422号公報 特許第2832423号公報
 排ガス再循環装置においては、特許文献1のようなフィードバック補正手段によって出力値を補正しても目標開弁量が変化した直後には目標開弁量に対する実際の開弁量のずれを小さくできないため、特許文献2のようにフィードバック補正手段よる補正を行いつつ、目標開弁量の小さいとき、または実開弁量との差が大きいときにはフィードフォワード補正手段よって補正作用を増大することで、目標開弁量とのずれをできるだけ小さくするようにしている。
 しかし、特許文献2に示される技術においては、フィードフォワード補正手段による補正を行うべきか否かを判別するために、特別の制御フローを必要として予め設定された時間毎の割り込みによって実行されるようになっているため、処理制御フローが複雑化する問題がある。
 さらに、この特許文献2にはフィードバック補正手段と、フィードフォワード補正手段とを使い分けることが開示されているのみであり、フィードバック補正手段と、フィードフォワード補正手段とを同時に行いそれぞれの補正係数を加算した補正係数としてより追従性の高い目標開弁量への制御は開示されていない。
 そこで、本発明は、これら問題に鑑みてなされたもので、EGRガス制御弁の目標弁開度に対するオーバーシュートやアンダーシュートを防止して目標弁開度への追従性および信頼性を高めた制御装置を簡単な制御ロジックによって達成できる内燃機関の排ガス再循環制御装置を提供することを課題とする。
 上記の課題を解決するために、本発明は、排気通路と吸気通路とを連結するEGRガス通路に設けられてEGRガス量を制御するEGR制御弁と、内燃機関の運転状態に応じたEGR制御弁の開度制御にフィードバック制御指令値を出力するフィードバック制御手段と、フィードフォワード制御指令値を出力するフィードフォワード制御手段とを備えた内燃機関の排ガス再循環制御装置において、前記フィードフォワード制御手段からの制御指令値と前記フィードバック制御手段からの制御指令値とを加算する加算手段と、該加算手段による加算値とEGR制御弁の最大開度の制限信号とを比較してEGR制御弁の弁開度が閉側の方の指令値を採用する選択手段とを備え、前記最大開度の制限信号より開き側の指令値がEGR制御弁に出力されないように構成したことを特徴とする。
 かかる発明によれば、選択手段によって、前記EGR制御弁の最大開度の制限信号と、前記フィードフォワード制御手段からの制御指令値と前記フィードバック制御手段からの制御指令値との加算値のうち、弁開度が閉側の方の指令値を採用して、EGR制御弁の最大開度の制限信号による弁開度より開き側の指令値が出力されないようにして、過渡運転時において、フィードバック制御手段の過渡応答が原因で、EGR制御弁が必要以上に開き、過度に排ガスが再循環されることでスモークが発生するのを防止できるようになる。
 すなわち、EGR制御弁の最大開度の制限信号によって開度が制限されるため、フィードバック制御指令値が過渡的に行き過ぎてフィードバック制御目標値を超えても前記最大開度の制限信号の弁開度より開く側への制御を禁止するので、EGR制御弁を大きく開いて必要以上に排ガスを再循環して、図11に示す特性グラフでA方向へ向かうことを防止でき、スモークの発生を防止できる。
 また、前記フィードフォワード制御手段からの制御指令値と前記フィードバック制御手段からの制御指令値とを加算した指令値が採用される場合には、フィードバック制御だけでなく、フィードフォワード制御指令値との加算値であるため、目標開度への応答性を向上できる。 
 また、本発明において、前記フィードフォワード制御手段からの制御指令値が前記EGR制御弁の最大開度の制限信号として前記選択手段に入力されるとよい。
 このように、フィードフォワード制御手段からの制御指令値がEGR制御弁の最大開度の制限値となるため、簡単な構成によってオーバーシュートの防止を確実に行える。
 さらに、フィードフォワード制御手段からの制御指令値が前記EGR制御弁の最大開度の制限信号として前記選択手段に入力されるため、フィードフォワード制御指令値とフィードバック制御指令値との加算値による制御と、フィードフォワード制御指令値による制御との切換えが簡単に行えるようになる。
 すなわち、フィードバック制御指令値を算出するためのフィードバック制御目標値を意図的に変更して設定することで、例えば、フィードバック制御目標値マップを低負荷運転域では望ましい値(運転状態に適した値)より意図的に変更した値を設定しておくことで、低負荷運転時には選択手段によってフィードフォワード制御指令値だけが採用されるように設定できる。これによって、フィードフォワード制御手段だけによる制御と、フィードフォワード制御手段にフィードバック制御手段を加えた制御との2つの制御を簡単な制御ロジックで切換えることが可能になる。
 なお、低負荷領域においては、空気過剰率が高く、スモークが発生しにくいため、EGR制御弁をフィードバック制御する必要性はなく、フィードフォワード制御で十分である。さらに、低負荷領域においては、燃料噴射量が少なく条件変化に対する酸素過剰率の変化幅が大きいため、フィードバック制御を行うとEGR制御弁の再現性に問題がありフィードバック制御は適さない。
 一方、空気過剰率が低下する高負荷領域においては、フィードバック制御目標値(EGRのフィードバック制御目標値として空気過剰率の目標値)を実現するように、EGR制御弁を高精度、高応答性で制御することが求められるため、この高負荷運転領域においては、フィードバック制御が必要となる。
 従って、本発明では、このように運転負荷領域毎にフィードバック制御目標値を意図的に変更して、低負荷運転域においてはフィードフォワード制御を選択し、高負荷運転域においてはフィードフォワード制御とフィードバック制御とを加えた制御とするように2つの制御を簡単な制御ロジックで切換えが可能になる。
 また、本発明において、前記EGR制御弁の最大開度の制限信号がエンジン運転状態および環境状態に応じて設定されたEGR弁最大開度マップを用いて算出される値であるとよい。
 前記発明のようにフィードフォワード制御手段からの制御指令値を制限信号として用いる場合には環境状態が大きく変化した場合には適切な制限を行えない場合がある。例えば、大気温度が高温側へ変化した場合にはそれに応じて燃焼温度が上昇してNOx排出量が増大するため、EGR制御弁の最大開度の制限値を開く側に設定する必要があるが、フィードフォワード制御手段からの制御指令値は標準大気状態での値として設定されるため、かかる環境状態の変化への対応が十分でない。本発明のようにエンジン運転状態および環境状態に応じて設定されたEGR弁最大開度マップを用いて制限値を設定することで、NOx排出量を適切に抑えつつ、オーバーシュートの防止を確実に行うことができる。
 また、本発明において、前記フィードバック制御指令値は内燃機関の空気過剰率算出値と運転状態に応じて予め設定されたフィードバック制御目標値としての目標空気過剰率とを基にPID(比例、積分、微分)演算によって算出されるとよく、運転状態に応じたEGRのフィードバック制御目標値として空気過剰率を目標値として用いることによって、EGRの開弁量の状態を適切に表すことができる。
 また、本発明において、EGR制御弁の弁開度リミッタが設けられるとともに、該弁開度リミッタの出力信号と前記加算手段の出力信号との偏差に基づいて前記フィードバック制御手段に自動調合PID手段が設けられるとよい。
 このように、フィードバック制御手段のワインドアップ対策(入力飽和対策)として自動調合PIDを設けることによって、選択手段によってフィードフォワード制御指令値が選択されている間に、フィードバック制御手段のPIDの積分器に積分値が溜まり続けることが防止される。これによって、フィードバック制御目標値が変化した際の追従性が向上し、過渡運転時における排ガス浄化効果を損ねることが防止される。
 また、EGR制御弁への制御指令値が、EGR制御弁の作動範囲、つまり、弁開度リミッタの端に張り付いた場合においても、PIDの積分器に積分値が溜まり続けることが防止される。これによって、フィードバック制御目標値が変化した際の追従性が向上し、過渡運転時における排ガス浄化効果を損ねることが防止される。
 また、本発明において、過渡運転時に一定期間だけ前記EGR制御弁を最小開度または全閉に制御する過渡時制御手段が設けられるとともに、該過渡時制御手段の出力信号と前記選択手段の出力信号との一方を選択して前記弁開度リミッタに出力する過渡時選択手段を備えるとよい。
 このように過渡制御手段が設けられている場合においても、過渡制御手段によるEGR制御弁が制御されている状態が解除された際に、ワインドアップ(入力飽和)が発生しないため、過渡制御手段のようなオプション的なロジックを追加しても悪影響をおよぼすことが防止される。
 すなわち、過渡制御手段が設けられて、過渡運転時のスモーク発生を抑制するために、一定時間だけEGR制御弁を全閉とするロジック、またはEGR制御弁の最小開度で保持するロジック等をオプション的に追加しても、自動調合PIDによって、これら制御が解除された際においても、悪影響をおよぼすことが防止される。
 本発明によれば、EGRガス制御弁の目標弁開度に対するオーバーシュート等を防止して、EGR制御弁の開きすぎによるスモークの発生を防止して、EGR制御弁の追従性および信頼性を高めることができる。
 また、内燃機関の運転状態に応じてフィードバック制御指令値およびフィードフォワード制御指令値を算出するので、フィードバック制御指令値を算出するためのフィードバック制御目標値を意図的に変更して設定することで、例えば、フィードバック制御目標値マップを低負荷運転域では望ましい値より意図的に変更した値を設定しておくことで、低負荷運転時には選択手段でフィードフォワード制御指令値だけが採用されるように設定でき、これによって、フィードフォワード制御手段だけによる制御と、フィードフォワード制御手段にフィードバック制御手段を加えた制御との2つの制御を簡単な制御ロジックで切換え可能になる。
本発明の排ガス再循環制御装置がディーゼルエンジンに適用された第1実施形態の概要構成図である。 第1実施形態の制御フローチャートである。 (a)第1実施形態の構成ブロック図であり、(b)は信号換算の説明図である。 第1実施形態におけるシミュレーション確認の説明図であり、(a)はオーバーシュートが防止される状態を示し、(b)は2つの制御手段の切換え状態を示す。 第2実施形態を示す要部の概要構成図である。 第3実施形態の構成ブロック図である。 第3実施形態におけるシミュレーション確認の説明図である。 第4実施形態の構成ブロック図である。 第4実施形態の制御フローチャートである。 第4実施形態におけるシミュレーション確認の説明図である。 EGR制御弁の開度に対するNOxとスモークの排出量の関係を示した説明図である。
 以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
(第1実施形態)
 図1を参照して、本発明の第1実施形態に係る内燃機関の排ガス再循環制御装置について説明する。
 図1に示すように、ディーゼルエンジン(以下エンジンという)1は、排気タービン3とこれに同軸駆動されるコンプレッサ5を有する排気ターボ過給機7を備えており、該排気ターボ過給機7のコンプレッサ5から吐出された空気は給気通路9を通って、インタークーラ11に入り給気が冷却された後、吸気スロットルバルブ13で給気流量が制御され、その後、インテークマニホールド15からシリンダ毎に設けられた吸気ポート17からエンジン1の吸気弁を介して燃焼室内に流入するようになっている。
 また、エンジン1においては、燃料の噴射時期、噴射量、噴射圧力を制御して燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射制御装置19が設けられており、該燃料噴射制御装置19によって、各気筒の燃料噴射弁21に対して所定の燃料噴射時期に、所定の燃料圧力に制御された燃料が供給される。
 また、排気通路23の途中から、EGR(排ガス再循環)通路25が分岐されて、排ガスの一部がEGRクーラ27によって冷却されて吸気スロットルバルブ13の下流部位にEGRバルブ(EGR制御弁)29を介して投入されるようになっている。吸気スロットルバルブ13にはスロットルバルブ制御装置路31が設けられ開閉が制御され、EGRバルブ29に対してはEGR制御装置(排ガス再循環制御装置)33が設けられて、開閉が制御されている。
 エンジン1の燃焼室で燃焼された燃焼ガス即ち排ガス35は、シリンダ毎に設けられた排気ポート37が集合した排気マニホールド39及び排気通路23を通って、前記排気ターボ過給機7の排気タービン3を駆動してコンプレッサ5の動力源となった後、排気通路23を通って排ガス後処理装置(不図示)に流入する。
 制御装置(ECU)41には、エンジン回転数センサ42に接続したパルスカウター43からエンジン回転数信号が入力され、燃料噴射制御装置19から燃料噴射量信号が入力され、さらに、インテークマニホールド15に設けられたインマニ温度センサ44からの検出信号がA/D変換器45で変換され、インマニ圧力センサ46からの検出信号がA/D変換器47で変換され、エアフローメータ48からの検出信号がA/D変換器49で変換されてそれぞれ入力される。
 次に、図3の構成ブロック図を参照してEGR制御装置について説明する。
 フィードバック制御指令値を出力するフィードバック制御手段51と、フィードフォワード制御指令値を出力するフィードフォワード制御手段53とを備えている。
 フィードフォワード制御手段53は、エンジンの運転状態であるエンジン回転数と燃料噴射量(エンジン負荷)を基にEGRバルブ29の目標弁開度が設定されたフィードフォワード制御マップ55を用いてフィードフォワード制御指令値57を算出する。
 一方、フィードバック制御手段51は、エンジンの運転状態であるエンジン回転数と燃料噴射量(エンジン負荷)を基に、運転状態に応じたフィードバック制御目標値(目標空気過剰率)が設定されたフィードバック制御マップ61を用いて、PID演算部63でフィードバック演算を行ってフィードバック制御指令値65を算出する。
 フィードバック制御指令値65の算出は次のように行われる。
 空気過剰率推定演算部67によって実空気過剰率を、空気流量、インマニ圧、インマニ温度、エンジン回転数、燃料噴射量の検出信号から算出する。この実空気過剰率と目標空気過剰率とが加減算器69に入力されてその偏差を基にPID演算部63で比例要素(P)の演算、微分要素(D)の演算、積分要素(I)の演算が行われて、それぞれの演算結果が、加算器71に入力されて、フィードバック制御指令値65が算出される。
 そして、フィードフォワード制御指令値57と、フィードバック制御指令値65とが加算器(加算手段)73に入力されて、加算指令値75を出力する。
 フィードフォワード制御指令値57と加算指令値75とが最大値選択関数部(選択手段)77に入力されると、最大値選択関数部77にて大きい方が選択される。その選択の際に大きい方を選択すると、EGRバルブ29の弁開度が閉側の方の指令値を選択するようになっている。
 従って、フィードフォワード制御指令値57が加算指令値75より閉側であればフィードフォワード制御指令値57が選択され、逆に、加算指令値75が閉側であれば加算指令値75が選択されるが、この加算指令値75が閉側であれば、結果的にはフィードフォワード制御指令値57より閉側にあるためフィードフォワード制御指令値57による弁開度より開き側の指令値がEGR制御弁には出力されないように選択される。
 このようにして採用された出力信号は、次にEGR弁制御指令飽和要素である弁開度リミッタ79に入力されて、EGRバルブ29の保護のために出力信号に制限が掛けられる。そして弁開度リミッタ79を通過した信号θから、EGR弁制御指令値および吸気スロットル弁制御指令値として、EGRバルブ29および吸気スロットルバルブ13の弁制御指令信号に換算してそれぞれに出力される。換算は図3(b)の関係式または関係グラフを基に行われる。
 次に、図2のフローチャートを参照して、制御フローについて説明する。
 まず、スタートするとステップS2で、目標信号を演算する。この目標信号の演算は、エンジン回転数と燃料噴射量(エンジン負荷)を基に、フィードフォワード制御マップ55を用いてEGRバルブ29の目標弁開度を算出する。同様に、エンジン回転数と燃料噴射量(エンジン負荷)を基に、フィードバック制御マップ61を用いて、目標空気過剰率を算出することである。
 次にステップS3では、空気過剰率推定演算部67によって実空気過剰率を、空気流量、インマニ圧、インマニ温度、エンジン回転数、燃料噴射量の検出信号から算出する。ステップS4で、PID演算部63でPID演算を行い、ステップS5で加算器73によって制御指令値の加算を行う。
 次にステップS6で、最大値選択関数部77でEGRバルブ29の弁開度が閉側の方の指令値を選択する。次にS7で、弁開度リミッタ79でEGR制御指令値の飽和処理を行って制限を掛け、ステップ8で弁開度リミッタ79の出力信号θを、EGRバルブ29および吸気スロットルバルブ13の制御指令値に換算して出力してステップS9で終了する。
 以上のように構成した第1実施形態において、選択手段である最大値選択関数部77で、フィードフォワード制御手段53からのフィードフォワード制御指令値57と、フィードフォワード制御指令値57にフィードバック制御指令値65を加算した加算指令値75とのうち、弁開度が閉側の方の指令値を採用して、フィードフォワード制御指令値57より開き側の指令値が出力されないようにして、フィードフォワード制御指令値57が開き側への制限値となって、過渡運転時において、フィードバック制御手段51の過渡応答が原因で、EGRバルブ29が必要以上に開き、過度に排ガスが再循環されることでスモークが発生するのを防止できる。
 すなわち、フィードフォワード制御指令値57が制限値となるため、フィードバック制御指令値65が過渡的に行き過ぎてフィードバック制御目標値を超えても前記フィードフォワード制御指令値による弁開度より開く側への制御を禁止するので、EGR制御弁を大きく開いて必要以上に排ガスを再循環してしまい、図11に示す特性グラフでA方向へ向かうことを防止してスモークの発生を防止できる。
 このオーバーシュートの防止状態のシミュレーションを図4(a)に示す。例えば、5秒の時点でEGRバルブ29の開度変化信号があった時のバルブ開度の変化状態を示し、本実施形態ではフィードフォワード制御指令値57がEGRバルブ29の弁開度X%であるので、それ以上に開くことがなく、従来技術のようなオーバーシュートが防止されることが確認できた。
 また、最大値選択関数部77で、フィードフォワード制御指令値57とフィードバック制御指令値65とを加算した加算指令値75の方が採用される場合には、フィードバック制御指令値65だけでなく、定常状態で望ましいEGR制御弁の開度指令値を出力するフィードフォワード制御指令値57との加算値として出力されることで、目標開度への応答性を向上できる。
 また、フィードバック制御マップ61を低負荷運転領域で望ましい値より意図的に変更した値を設定しておくことで、低負荷運転時には最大値選択関数部77によってフィードフォワード制御指令値だけが採用されるように設定できる。これによって、フィードフォワード制御手段53だけによる制御と、フィードフォワード制御手段53にフィードバック制御手段51を加えた2つの制御を、エンジンの負荷条件に基づいて簡単な制御ロジックで切換えできるようになる。
 このように、フィードバック制御マップ61の設定値を変更することによって、エンジン回転数および燃料噴射量(エンジン負荷)に応じて、2つの制御手段の切換えが制御可能になり、さらに、フィードフォワード制御マップ55の設定値を変更することで、EGRバルブ29の開側開度の制限値をエンジン回転数および燃料噴射量(エンジン負荷)に応じて変更可能となる。なお、変更させずに一定値として設定してもよいことは勿論である。
 2つの制御手段の切換え状態のシミュレーションを図4(b)に示す。例えば5秒の時点であった時を示し、フィードフォワード制御指令値57をX%相当に設定している場合を示し、それ以上に開くことがないことが確認できた。
(第2実施形態)
 次に、図5を参照して第2実施形態について説明する。
 図3(a)の第1実施形態の構成ブロック図においては、既に説明したようにフィードフォワード制御指令値57とフィードバック制御指令値65とが加算器(加算手段)73に入力されて加算指令値75が出力され、この加算指令値75とフィードフォワード制御指令値57とが最大値選択関数部(選択手段)77に入力されて、最大値選択関数部77にて大きい方が選択されると、EGRバルブ29の弁開度が閉側の方の指令値が選択される構成であった。
 これに対して、第2実施形態は、最大値選択関数部(選択手段)77に入力されるフィードフォワード制御指令値57に代えて、図5に示すようにEGR弁最大開度マップ80からの弁開度の指令値がEGRバルブ29の制御弁の最大開度の制限信号として入力される構成である。
このEGR弁最大開度マップ80は、エンジン運転状態および大気状態をパラメータとしてEGR弁最大開度が設定されているマップである。
 第1実施形態のようにフィードフォワード制御指令値57を制限信号として用いる場合には環境状態が大きく変化した場合には適切な制限を行えない場合がある。例えば、大気温度が高温側へ変化した場合にはそれに応じて燃焼温度が上昇してNOx排出量が増大するため、EGR制御弁の最大開度の制限値を開く側に設定する必要があるが、フィードフォワード制御手段53からの制御指令値は標準大気状態での値として設定されるため、かかる環境状態の変化への対応が十分でない。
 第2実施形態では、エンジン運転状態および環境状態に応じて設定されたEGR弁最大開度マップ80を用いて制限値を設定することによって、大きな環境変化、例えば大気圧や大気温度の変化があってもより適切にNOx排出量を抑えつつ、オーバーシュートの防止を確実に行うことができる。
(第3実施形態)
 次に、図6、図7を参照して第3実施形態について説明する。
 第3実施形態は、図3(a)の第1実施形態の構成ブロック図において、弁開度リミッタ79の出力信号と加算器73の出力信号とを加減算器81に入力してその偏差に基づいてフィードバック制御手段51に対して自動調合を行う自動調合PID83が設けられていることが異なる。自動調合PID83の演算要素85の出力信号は加減算器87に入力されて積分演算部に入力される。その他の構成については第1実施形態と同様である。
 なお、フィードバック制御手段51のPID演算部63の構造が、図6に示すような構造ではなく、K(1+K/s+K*s)や、K(1+K/s+K*s/(1+T・s))の構造全体の場合には、1/(K+K・s)のブロックを、1/(K+K・s)にする。また、PI制御を行う場合には、K=0とすればよい。
 また、図7にシミュレーションで確認した結果を示す。フィードフォワード制御指令値57がEGRバルブ29の弁開度X%であるので、それ以上に開くことがない状態にあるときに、例えば5秒の時点でEGR制御目標値が変化した場合に、本実施形態の場合には同時に変化するが、従来技術の場合には遅れをもって変化することが確認できた。
 第3実施形態によれば、フィードバック制御手段51のワインドアップ対策(入力飽和対策)として自動調合PID83を設けることによって、最大値選択関数部77によってフィードフォワード制御指令値57が選択されている間に、フィードバック制御手段51のPID演算部63の積分器に積分値が溜まり続けることが防止される。
 これによって、フィードバック制御目標値が変化した際の追従性が向上し、過渡運転時における排ガス浄化効果を損ねることが防止される。
 また、EGRバルブ29への制御指令値が、EGRバルブ29の作動範囲、つまり、弁開度リミッタ79の端に張り付いた場合においても、PID演算部63の積分器に積分値が溜まり続けることが防止され、これによって、フィードバック制御目標値が変化した際の追従性が向上し、過渡運転時における排ガス浄化効果を損ねることが防止される。
(第4実施形態)
 次に、図8~図10を参照して第4実施形態について説明する。
 第4実施形態は、図6の第3実施形態の構成ブロック図に対して付加的なEGR制御機能としての過渡時制御手段91を付加するものである。
 弁開度リミッタ79と最大値選択関数部77との間に、過渡時選択手段93を設けて、過渡時制御手段91からの出力信号と最大値選択関数部77の出力信号との最大値または最小値の一方を選択して、弁開度リミッタ79に出力する。その他の構成については第1実施形態と同様である
 この過渡時制御手段91は、過渡運転時のスモークの発生を抑制するために、エンジン回転数や負荷が増大する際に、一定期間だけEGRバルブ29を全閉または最小開度に制御する。
 また、図9を参照して、第4実施形態の制御フローについて説明する。
 ステップS11~S13までは、第1実施形態のステップS1~S3と同様であり、ステップS14では、ステップS14は、アンチワインドアップ演算を行う。弁開度リミッタ79の出力信号と加算器73の出力信号とを加減算器81に入力してその偏差を自動調合PID83の演算要素85で演算して加減算器87で積分演算部の入力信号に対して減算してPID演算部63の積分器に積分値が溜まり続けることを防止する。
 次にステップS15~S17までは、第1実施形態のステップS4~S6と同様であり、ステップS18では、過渡時制御手段91からの信号を演算し、ステップS19で、その過渡時制御手段91からの信号の演算結果と、最大値選択関数部77の出力信号との最大値または最小値の一方を選択する。次のS15~S17までは、第1実施形態のステップS7~S9と同様である。
 第4実施形態によれば、過渡時制御手段91が設けられている場合においても、過渡時制御手段91によるEGRバルブ29が制御されている状態が解除された際に、第3実施形態で説明したワインドアップ対策(入力飽和対策)としての自動調合PID83が設けられているため、ワインドアップ(入力飽和)の発生が防止されるので、過渡時制御手段91のようなオプション的なロジックを追加しても悪影響をおよぼすことが防止される。
 すなわち、過渡時制御手段91が設けられて、過渡運転時のスモーク発生を抑制するために、一定時間だけEGR制御弁を全閉にするロジック、またはEGR制御弁の最小開度で保持するロジック等をオプション的に追加しても、自動調合PID83によって、過渡時制御手段91の制御が解除される際の過渡的な変化時においても、悪影響をおよぼすことが防止され、EGR制御弁の追従性および信頼性が高められる。
 図10にシミュレーシヨンで確認した結果を示す。5~6秒と間に強制的にEGRバルブを全閉する過渡時制御手段91を作動させて、その後、過渡時制御手段91の制御を解除したときのEGRバルブ29の弁開度の状態を示している。ワインドアップが発生しないためすぐに動作を開始して、フィードフォワード制御指令値の弁開度X%の制限値まで上昇して、その後初期の状態に復帰することが確認できた。
 なお、前記第3実施形態、第4実施形態においては、第1実施形態を基に自動調合PID83、および過渡時制御手段91を設けることを説明したが、第2実施形態に対して設けてもよい。 
 本発明によれば、EGRガス制御弁のオーバーシュート等を防止して、EGR制御弁の開きすぎによるスモークの発生を防止して、EGR制御弁の追従性および信頼性を高めることができるので、エンジンの排ガス再循環制御装置への利用に適している。

Claims (6)

  1.  排気通路と吸気通路とを連結するEGRガス通路に設けられてEGRガス量を制御するEGR制御弁と、内燃機関の運転状態に応じたEGR制御弁の開度制御にフィードバック制御指令値を出力するフィードバック制御手段と、フィードフォワード制御指令値を出力するフィードフォワード制御手段とを備えた内燃機関の排ガス再循環制御装置において、
     前記フィードフォワード制御手段からの制御指令値と前記フィードバック制御手段からの制御指令値とを加算する加算手段と、該加算手段による加算値とEGR制御弁の最大開度の制限信号とを比較してEGR制御弁の弁開度が閉側の方の指令値を採用する選択手段とを備え、前記最大開度の制限信号より開き側の指令値がEGR制御弁に出力されないように構成したことを特徴とする内燃機関の排ガス再循環制御装置。
  2.  前記フィードフォワード制御手段からの制御指令値が前記EGR制御弁の最大開度の制限信号として前記選択手段に入力されることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排ガス再循環制御装置。
  3.  前記EGR制御弁の最大開度の制限信号がエンジン運転状態および環境状態に応じて設定されたEGR弁最大開度マップを用いて算出される値であることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排ガス再循環制御装置。
  4.  前記フィードバック制御指令値は内燃機関の空気過剰率算出値と運転状態に応じて予め設定されたフィードバック制御目標値としての目標空気過剰率とを基にPID(比例、積分、微分)演算によって算出されることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排ガス再循環制御装置。
  5.  EGR制御弁の弁開度リミッタが設けられるとともに、該弁開度リミッタの出力信号と前記加算手段の出力信号との偏差に基づいて前記フィードバック制御手段に自動調合PIDが設けられることを特徴とする請求項4記載の内燃機関の排ガス再循環制御装置。
  6.  過渡運転時に一定期間だけ前記EGR制御弁を最小開度または全閉に制御する過渡時制御手段が設けられるとともに、該過渡時制御手段の出力信号と前記選択手段の出力信号との一方を選択して前記弁開度リミッタに出力する過渡時選択手段を備えたことを特徴とする請求項5記載の内燃機関の排ガス再循環制御装置。
PCT/JP2010/059942 2010-02-09 2010-06-11 内燃機関の排ガス再循環制御装置 WO2011099174A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP10845766.4A EP2450555B1 (en) 2010-02-09 2010-06-11 Exhaust gas recirculation control device for internal combustion engine
KR1020127000907A KR101291420B1 (ko) 2010-02-09 2010-06-11 내연 기관의 배기 가스 재순환 제어 장치
US13/388,106 US8897994B2 (en) 2010-02-09 2010-06-11 Exhaust gas recirculation control device of internal combustion engine

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010-026472 2010-02-09
JP2010026472A JP5364610B2 (ja) 2010-02-09 2010-02-09 内燃機関の排ガス再循環制御装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011099174A1 true WO2011099174A1 (ja) 2011-08-18

Family

ID=44367471

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2010/059942 WO2011099174A1 (ja) 2010-02-09 2010-06-11 内燃機関の排ガス再循環制御装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8897994B2 (ja)
EP (1) EP2450555B1 (ja)
JP (1) JP5364610B2 (ja)
KR (1) KR101291420B1 (ja)
WO (1) WO2011099174A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013076816A1 (ja) * 2011-11-22 2013-05-30 トヨタ自動車株式会社 フィードバック制御システム

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5936369B2 (ja) 2012-01-24 2016-06-22 三菱重工業株式会社 内燃機関の制御装置
JP5972597B2 (ja) * 2012-02-21 2016-08-17 三菱重工業株式会社 Egr制御装置およびegr制御装置を備えたエンジン
US8944036B2 (en) * 2012-02-29 2015-02-03 General Electric Company Exhaust gas recirculation in a reciprocating engine with continuously regenerating particulate trap
EP2642103B1 (en) * 2012-03-21 2014-11-19 Ford Global Technologies, LLC Exhaust-gas recirculation system and method for exhaust-gas recirculation
US9062577B2 (en) * 2012-05-14 2015-06-23 Southwest Research Institute Diesel engine operation for fast transient response and low emissions
JP6147564B2 (ja) * 2013-05-14 2017-06-14 住友重機械工業株式会社 建設機械用油圧システム
US9683505B2 (en) * 2014-06-09 2017-06-20 Ford Global Technologies, Llc Identification and rejection of asymmetric faults
CN104074639B (zh) * 2014-07-16 2016-04-27 无锡隆盛科技股份有限公司 一种直流电机egr阀控制器
DE102015202180A1 (de) * 2015-02-06 2016-08-11 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Regelung
CN114233486B (zh) * 2021-11-12 2023-08-18 潍柴动力股份有限公司 一种egr阀的控制方法、装置及ecu

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2832422B2 (ja) 1995-05-02 1998-12-09 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気ガス再循環装置
JP2832423B2 (ja) * 1995-06-21 1998-12-09 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気ガス再循環装置
JP2009150331A (ja) * 2007-12-21 2009-07-09 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp エンジンのegr弁制御装置
JP2009281261A (ja) * 2008-05-21 2009-12-03 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御システム

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100205512B1 (ko) * 1995-06-02 1999-07-01 나까무라히로까즈 엔진의 공기과잉률 검출장치 및 공기과잉률 제어장치
JP3656518B2 (ja) * 2000-05-18 2005-06-08 日産自動車株式会社 ディーゼルエンジンの制御装置
DE10039428B4 (de) * 2000-08-11 2004-07-15 Siemens Ag Treiberschaltung
US7267100B2 (en) 2001-04-03 2007-09-11 Hitachi, Ltd. Controller of internal combustion engine
JP4015889B2 (ja) * 2002-06-28 2007-11-28 株式会社豊田自動織機 内燃機関のegr制御装置
JP4292895B2 (ja) * 2003-07-02 2009-07-08 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
US7206688B2 (en) 2004-11-01 2007-04-17 Southwest Research Institute Control system for engines having multiple combustion modes
US20080078176A1 (en) * 2006-10-02 2008-04-03 International Engine Intellectual Property Company Strategy for control of recirculated exhaust gas to null turbocharger boost error
JP2008138537A (ja) 2006-11-30 2008-06-19 Mitsubishi Motors Corp 内燃機関の排気浄化装置
US8150601B2 (en) * 2006-12-28 2012-04-03 Mitsubishi Electric Corporation EGR valve control system
JP2008215112A (ja) * 2007-02-28 2008-09-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ディーゼルエンジンシステム及びその制御方法
CN103470407B (zh) * 2008-06-02 2016-08-10 博格华纳公司 通过涡轮增压的发动机系统中的多通道来控制排气再循环
JP5249898B2 (ja) * 2009-09-29 2013-07-31 富士通株式会社 エンジン制御プログラム、方法及び装置
US8463531B2 (en) * 2010-06-01 2013-06-11 GM Global Technology Operations LLC System and method for controlling exhaust gas recirculation systems

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2832422B2 (ja) 1995-05-02 1998-12-09 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気ガス再循環装置
JP2832423B2 (ja) * 1995-06-21 1998-12-09 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気ガス再循環装置
JP2009150331A (ja) * 2007-12-21 2009-07-09 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp エンジンのegr弁制御装置
JP2009281261A (ja) * 2008-05-21 2009-12-03 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御システム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2450555A4 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013076816A1 (ja) * 2011-11-22 2013-05-30 トヨタ自動車株式会社 フィードバック制御システム
JP5655957B2 (ja) * 2011-11-22 2015-01-21 トヨタ自動車株式会社 フィードバック制御システム
US9228528B2 (en) 2011-11-22 2016-01-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Feedback control system

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120028379A (ko) 2012-03-22
US8897994B2 (en) 2014-11-25
EP2450555A4 (en) 2015-11-18
EP2450555A1 (en) 2012-05-09
US20120125301A1 (en) 2012-05-24
KR101291420B1 (ko) 2013-07-30
JP5364610B2 (ja) 2013-12-11
EP2450555B1 (en) 2018-09-05
JP2011163200A (ja) 2011-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5364610B2 (ja) 内燃機関の排ガス再循環制御装置
JP4301295B2 (ja) 内燃機関のegrシステム
JP4534514B2 (ja) ディーゼル機関の制御装置
EP3078832A1 (en) Control device for supercharging system
US7219002B2 (en) Control apparatus for internal combustion engine
US10309298B2 (en) Control device of an engine
CA2997893C (en) Exhaust gas recirculation control method and exhaust gas recirculation control device
JP5936369B2 (ja) 内燃機関の制御装置
US20150089938A1 (en) Exhaust gas recirculation control device of engine
KR102518657B1 (ko) 밸브 듀티 차등화 방식 egr 제어 방법 및 egr 시스템
JP4186734B2 (ja) フィードバック制御装置
JP2006299892A (ja) 過給機付き内燃機関
JP2005320937A (ja) 内燃機関の過給圧制御装置
JP2005264805A (ja) 内燃機関の制御装置
JP6575562B2 (ja) エンジンの排気浄化装置
JP6589939B2 (ja) エンジンの排気浄化装置
JP2010138829A (ja) ディーゼルエンジンの燃焼制御装置
JP2009013872A (ja) 内燃機関の吸気制御装置
JP2005299570A (ja) 圧縮着火内燃機関の予混合燃焼制御システム
JP2019152122A (ja) 内燃機関システム
JP5206514B2 (ja) 内燃機関の排気還流装置
JP2013253532A (ja) 過給エンジンのegr装置
JP2010190054A (ja) 内燃機関の制御装置
JP2018184901A (ja) 内燃機関の制御装置
JP2011012556A (ja) 吸気圧制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10845766

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20127000907

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010845766

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13388106

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE