JP4228953B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、可変容量ターボチャージャとEGR装置を備えた内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine including a variable capacity turbocharger and an EGR device.
エンジンからの排気ガスで排気タービンを駆動し、吸気を過給するターボチャージャにおいて、排気タービンの入口に可変ノズルを設けて排気の流速を変更可能とした可変容量ターボチャージャが知られている。例えば、可変ノズルの開口面積を絞ることで、排気流速を増大させ、排気タービンの回転数を高く維持できるので、エンジンの運転状態に応じた最適な値となるように過給圧を任意に制御可能である。 2. Description of the Related Art In a turbocharger that drives an exhaust turbine with exhaust gas from an engine and supercharges intake air, a variable displacement turbocharger is known in which a variable nozzle is provided at the inlet of the exhaust turbine so that the exhaust flow rate can be changed. For example, by reducing the opening area of the variable nozzle, the exhaust flow rate can be increased and the rotation speed of the exhaust turbine can be kept high, so the supercharging pressure can be arbitrarily controlled so as to be the optimum value according to the operating state of the engine Is possible.
一方、排気ガス中に含まれるNOxを低減するために、排気ガスの一部を吸気通路に還流させるEGR装置が設置されている。EGR装置は、EGR通路を経て吸気に戻される排気によりエンジン燃焼温度を低下させてNOx発生を抑制するもので、EGR通路に設けたEGRバルブの開度をエンジンの運転状態に応じて変更し、EGR量を制御している。 On the other hand, in order to reduce NOx contained in the exhaust gas, an EGR device that recirculates a part of the exhaust gas to the intake passage is installed. The EGR device suppresses NOx generation by reducing the engine combustion temperature by the exhaust gas returned to the intake air through the EGR passage, and changes the opening of the EGR valve provided in the EGR passage according to the operating state of the engine. The amount of EGR is controlled.
ここで、可変容量ターボチャージャの過給圧とEGR量は、一般的には、それぞれセンサ等による検出値が目標値に追従するようにフィードバック制御される。ただし、過給圧とEGR量は互いに相関があり、可変ノズルの開度を変更すると排気圧が変化して、EGRバルブを通過するEGR量が変動する。このため、互いに影響を及ぼし合い、特に、加速時や減速時といった過渡運転時には、作動遅れによる制御性の低下や排気エミッションの一時的な悪化が懸念される。 Here, the supercharging pressure and the EGR amount of the variable capacity turbocharger are generally feedback-controlled so that the detection values by the sensors or the like follow the target values. However, the supercharging pressure and the EGR amount are correlated with each other, and when the opening of the variable nozzle is changed, the exhaust pressure changes, and the EGR amount passing through the EGR valve varies. For this reason, they affect each other, and in particular, during transient operation such as acceleration or deceleration, there is a concern that controllability will be reduced due to operation delay and exhaust emission will be temporarily deteriorated.
図9(a)は、可変ノズルターボチャージャによる過給圧制御とEGR制御が共存するシステムにおいて、過給圧制御と協調することなくEGR制御を行なった例である。例えば、加速時に急増する目標過給圧に追従するよう可変ノズルのベーンを急激に閉じた場合、図示するように実EGR率が大きく変動する。すなわち、排気タービンへの排気流入量が急減するために、排気圧が上昇し、その結果、EGRガス量(実EGR率)が増大してしまう。一方、EGR制御では、実EGR率を目標EGR率に合わせるために、この増加を補正するようEGRバルブをフィードバック制御するが、給排気ガスの流れには遅れがあるために収束するのに時間を要し、正確なEGR率制御は困難となる。 FIG. 9A shows an example in which EGR control is performed without cooperation with supercharging pressure control in a system in which supercharging pressure control and EGR control using a variable nozzle turbocharger coexist. For example, when the vane of the variable nozzle is suddenly closed so as to follow the target boost pressure that rapidly increases during acceleration, the actual EGR rate varies greatly as shown in the figure. That is, the exhaust gas inflow amount to the exhaust turbine is rapidly reduced, so that the exhaust pressure increases, and as a result, the EGR gas amount (actual EGR rate) increases. On the other hand, in EGR control, the EGR valve is feedback controlled to correct this increase in order to match the actual EGR rate to the target EGR rate. However, since there is a delay in the flow of the supply and exhaust gas, it takes time to converge. In short, accurate EGR rate control becomes difficult.
このため、従来から過給圧制御とEGR量制御を統合して制御することが検討されている(特許文献1〜6)。例えば、目標EGR率の補正量に対応して可変ノズルの制御量を補正したり(特許文献1)、過渡運転時には、可変ノズルとEGRバルブを同時に作動させず、一方の制御開始後に他方の制御を開始する(特許文献2、3)といった方法が知られている。
そこで、EGR制御に際してターボチャージャの影響を考慮するために、運転状態を基にマップ算出される排気圧力と吸気管圧力との差圧に応じてEGR量を推定してEGR制御を行なう方法が提案されている(特許文献4)。推定値を基に制御を行なう方法は、他にも、実EGR流量を物理モデルを用いて演算し、EGR流量の応答遅れやターボラグの影響を小さくする(特許文献5)、可変ノズル開度・エンジン負荷・吸入空気量・排気温度を基に排気圧を推定し、この推定値に基づいて可変ノズル・EGRバルブ制御を行う(特許文献6)といった種々の提案がなされている。
しかしながら、特許文献1〜3の制御方法では、可変ノズルとEGRバルブを同時にフィードバック制御をしないことにより制御性の悪化は免れるものの、応答遅れを解消することはできない。また、特許文献4〜6のように推定値を基に制御を行う制御方法では、推定精度を高めるために演算が複雑となったり、応答性を高めようとすると制御精度が低下するなど、必ずしも実用には十分ではなかった。
However, in the control methods of
そこで、本発明の目的は、簡単な制御方法で過給圧制御とEGR制御を両立させ、過渡運転時に速やかに目標過給圧を実現するとともに、過給圧変化に伴うEGR変動を抑制して応答性よく目標EGR率に収束させることにある。 Therefore, an object of the present invention is to achieve both the supercharging pressure control and the EGR control with a simple control method, to quickly achieve the target supercharging pressure during transient operation, and to suppress the EGR fluctuation accompanying the supercharging pressure change. The goal is to converge to the target EGR rate with good responsiveness.
上記目的を達成するため、本願請求項1の発明では、
可変ノズルを有する排気タービンを駆動して吸気を過給する可変容量ターボチャージャと、EGRバルブを有するEGR通路にて排気の一部を吸気に還流させるEGR装置を備える内燃機関の制御装置において、
内燃機関の運転状態に基づいて上記可変容量ターボチャージャの目標過給圧を算出する目標過給圧算出手段と、
実過給圧を検出する実過給圧検出手段と、
上記実過給圧検出手段で検出された実過給圧が、上記目標過給圧算出手段により算出された目標過給圧に追従するように、上記可変ノズルの開度をフィードバック制御するノズル開度制御手段を設けた。該ノズル開度制御手段は、
内燃機関の運転状態が過渡運転状態か否かを判定する過渡判定手段と、
実過給圧と目標過給圧の偏差に基づいてフィードバック量を算出するフィードバック量算出手段と、
上記過渡判定手段により過渡運転状態と判定された時に、上記フィードバック量算出手段によるフィードバックゲインが定常運転時よりも小さくなるようにフィードバック量を補正する過渡時補正手段を有する。
さらに、上記過渡時補正手段に、フィードバック量の補正係数を算出する補正係数算出手段を設け、補正係数算出手段は、過渡判定直後の初期値を下限値として補正係数を時間とともに増加させて定常運転時の補正係数に戻す構成とした。
In order to achieve the above object, in the invention of
In a control device for an internal combustion engine comprising a variable capacity turbocharger that drives an exhaust turbine having a variable nozzle to supercharge intake air, and an EGR device that recirculates part of the exhaust gas to intake air in an EGR passage having an EGR valve,
Target boost pressure calculating means for calculating the target boost pressure of the variable capacity turbocharger based on the operating state of the internal combustion engine;
An actual boost pressure detecting means for detecting the actual boost pressure;
A nozzle opening that feedback-controls the opening of the variable nozzle so that the actual boost pressure detected by the actual boost pressure detecting means follows the target boost pressure calculated by the target boost pressure calculating means. A degree control means was provided. The nozzle opening control means includes
Transient determining means for determining whether the operating state of the internal combustion engine is a transient operating state;
Feedback amount calculation means for calculating a feedback amount based on the deviation between the actual boost pressure and the target boost pressure;
And a transient correction unit that corrects the feedback amount so that the feedback gain by the feedback amount calculation unit is smaller than that during steady operation when the transient determination unit determines that the operation state is transient .
Further, the transient correction means is provided with a correction coefficient calculation means for calculating a correction coefficient for the feedback amount, and the correction coefficient calculation means increases the correction coefficient with time using the initial value immediately after the transient determination as a lower limit value, and performs steady operation. It was set as the structure which returned to the correction coefficient of time.
請求項1のノズル開度制御手段は、過渡判定されると、フィードバックゲインが定常運転時よりも小さくなるようにフィードバック量を補正し、可変容量ターボチャージャの可変ノズル開度を制御する。すなわち、可変ノズル開度の変化が小さくなるので、排気圧の急激な上昇を抑制でき、これに伴いEGR量の増加が抑制できる。その結果、EGR量の増加を補正するためにEGRバルブ開度を大きく変化させることなく所望のEGR率へ制御することが可能となる。また、可変ノズル開度の動きを小さくしても、過給圧の上昇には時間遅れがあるので、過給圧の制御性への影響は小さい。よって、簡単な制御方法で過給圧制御とEGR制御を両立させることができる。
The nozzle opening control means of
補正係数算出手段は、過渡判定直後のフィードバックゲインを十分小さくして、加速初期の可変ノズルの動きを制限する。これにより、排気圧の急激な上昇を抑制してEGR量の急増が抑制できる。その後、補正係数を一定周期毎に増加させることで、速やかに目標過給圧を実現するとともに、EGR制御への影響を小さくして正確なEGR制御が実現できる。 The correction coefficient calculation means limits the movement of the variable nozzle at the initial stage of acceleration by sufficiently reducing the feedback gain immediately after the transient determination. Thereby, it is possible to suppress a rapid increase in the exhaust gas pressure and suppress a rapid increase in the EGR amount. Thereafter, by increasing the correction coefficient at regular intervals, the target supercharging pressure can be quickly realized, and the influence on the EGR control can be reduced to realize accurate EGR control.
請求項2の発明では、上記ノズル開度制御手段に、
内燃機関の運転状態に基づいて上記可変ノズルの基本開度を算出する基本ノズル開度算出手段と、
上記基本ノズル開度算出手段で算出された基本ノズル開度に、上記フィードバック量算出手段で算出されたフィードバック量を加算して、目標ノズル開度を算出する目標ノズル開度算出手段を設ける。
In the invention of claim 2, the nozzle opening control means is
Basic nozzle opening calculating means for calculating the basic opening of the variable nozzle based on the operating state of the internal combustion engine;
There is provided target nozzle opening calculating means for calculating the target nozzle opening by adding the feedback amount calculated by the feedback amount calculating means to the basic nozzle opening calculated by the basic nozzle opening calculating means.
ノズル開度制御手段は、好適には、運転状態に応じた可変ノズルの基本開度を算出し、これにフィードバック量を加算した目標ノズル開度を算出する。過渡運転時には、このフィードバック量を、上記過渡時補正手段にて補正することで、速やかに可変ノズルの動きを制限することができ、制御性よく過給圧とEGR率を制御することができる。 The nozzle opening control means preferably calculates the basic opening of the variable nozzle according to the operating state, and calculates the target nozzle opening obtained by adding the feedback amount thereto. During transient operation, the feedback amount is corrected by the transient correction means, so that the movement of the variable nozzle can be quickly limited, and the supercharging pressure and the EGR rate can be controlled with good controllability.
請求項3の発明では、内燃機関の制御装置は、
内燃機関の運転状態に基づいて目標吸気量を算出する目標吸気量算出手段と、
実吸気量を検出する実吸気量検出手段と、
上記実吸気量検出手段で検出された実吸気量が、上記目標吸気量算出手段により算出された目標吸気量に追従するように、上記EGRバルブ開度をフィードバック制御するバルブ開度制御手段を備える。
In the invention of
Target intake air amount calculating means for calculating a target intake air amount based on the operating state of the internal combustion engine;
An actual intake air amount detecting means for detecting the actual intake air amount;
Valve opening control means for feedback-controlling the EGR valve opening is provided so that the actual intake air amount detected by the actual intake air amount detecting means follows the target intake air amount calculated by the target intake air amount calculating means. .
EGR制御は、運転状態に応じた目標吸気量と実吸気量を基にバルブ開度制御手段によってフィードバック制御される。上述した本発明の可変ノズル開度制御を行なえば、過渡時にEGRガス量が大きく変動することがないので、過渡時補正や排気圧を考慮した制御等を行なう必要がなく、過渡時においても、通常のフィードバック制御によって応答性よく正確なEGR制御が可能である。 The EGR control is feedback controlled by the valve opening control means based on the target intake air amount and the actual intake air amount according to the operating state. If the variable nozzle opening control of the present invention described above is performed, the amount of EGR gas does not fluctuate greatly at the time of transition, so that it is not necessary to perform correction or control in consideration of exhaust pressure. Accurate EGR control with high responsiveness is possible by normal feedback control.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明をディーゼルエンジンに適用した制御装置の概略構成を示す図である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a control device in which the present invention is applied to a diesel engine.
図1において、1はディーゼルエンジン本体であり、エンジン1の各気筒に配設したインジェクタ2から燃焼室1aに燃料を噴射するようになっている。インジェクタ2は、図示しない燃料供給通路によって高圧燃料を蓄圧するコモンレールに接続される。燃焼室1aの吸気ポートには吸気通路3が接続され、吸気通路3には、実吸気量検出手段として吸入空気量を検出するためのエアフローメータ4、吸入空気を過給する可変容量ターボチャージャの吸気コンプレッサ5A、吸気絞り弁6、実過給圧検出手段として吸気圧力(過給圧)を検出するための吸気圧センサ7、吸気温度センサ8が設けられている。また、燃焼室1aの排気ポートに続く排気通路9には、可変容量ターボチャージャの排気タービン5B、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ11が設けられている。排気タービン5Bの上流の排気通路9と吸気絞り弁6の下流の吸気通路3とを連通させるEGR通路12には、EGRバルブ13が設けられて、EGR装置(排気還流装置)を構成している。
In FIG. 1,
可変容量ターボチャージャは公知の構造で、排気ガスにて回転駆動される排気タービン5Bに吸気コンプレッサ5Aを同軸に結合して吸入空気を圧縮する。排気タービン5Bは、導入排気流速を調整するための可変ノズル(図示は省略)を有し、エンジン1の運転状態に応じた所定の過給圧が得られるように、可変ノズルのベーン位置を制御する。可変ノズルのベーンは、例えば電磁駆動式のアクチュエータによって駆動され、ECU(電子制御ユニット)10からの信号に応じて制御される。ECU10は、例えば、エンジン低回転域では、排気タービン5Bに導入される排気の流速を高めるために、ノズル開度を閉じ側に制御し、高回転域では排気を抵抗なく排気タービン5Bに導入させるために、ノズル開度を開き側に制御する。
The variable capacity turbocharger has a known structure and compresses intake air by coaxially connecting an
EGR装置は、吸気通路3へ還流される排気によって燃焼温度を下げ、NOxの生成を抑制する。EGRバルブ13は、ECU10に接続される電磁駆動式のアクチュエータによって駆動され、エンジン1の運転状態に応じた所定のEGR率となるように、バルブ位置を調整して排気ガスの還流量を制御する。また、エンジン1には、その運転状態を検出するために、エンジン回転数に対応した信号を出力する回転数センサ15、アクセルペダル位置に対応した信号を出力するアクセル開度センサ14、エンジン冷却水の温度に対応した信号を出力する水温センサ16等が配設されており、これらセンサ類と上述したエアフローメータ4、吸気圧センサ7、吸気温度センサ8、酸素センサ11等は、それぞれECU10に接続されている。
The EGR device lowers the combustion temperature by the exhaust gas recirculated to the
ECU10は、図示しない入出力ポートやROM、RAM等の記憶装置、中央処理装置(CPU)、タイマカウンタ等を備えた公知の構成で、可変容量ターボチャージャによる過給圧制御およびEGR装置によるEGR制御を含むエンジン1の各種制御を総合的に行う。ECU10の入力ポートには、上記各種センサからの検出結果が入力され、ECU10は、これら検出結果に基づいて燃料噴射量や噴射時期等を決定し、インジェクタ2等の駆動信号を出力するとともに、排気タービン5Bのノズル開度やEGR量を決定し、可変ノズルベーン位置やEGRバルブ13のバルブ位置を調整するアクチュエータ等の駆動を制御する。
The
次に、ECU10によって行われる過給圧制御およびEGR制御について、図面により詳細に説明する。図2〜図6は可変容量ターボチャージャにおける可変ノズルベーン位置制御について、図7、8はEGR装置におけるEGRバルブ位置制御について示す図である。
Next, the supercharging pressure control and the EGR control performed by the
可変容量ターボチャージャによる過給圧制御と、EGR制御が共存するシステムにおいて、通常のPID(比例・積分・微分補償)制御によるフィードバック制御を行なった場合、上述した図9(a)に示すように、加速時には、目標過給圧に追従するように可変ノズルのベーンが急激に閉じられる。すると、排気タービン5Bに流入する排気量が減少して排気圧が上昇し、それに伴ってEGRガス量が増加する。一方、EGR制御は、目標EGR率に合わせるために、このEGRガス量の増加を補正するようEGRバルブを制御する。ところが、給排気ガスの流れには遅れがあるために正確なEGR率制御は困難となる。そこで、本発明では、フィードバック制御される過給圧制御の過渡時におけるゲイン量が定常運転時よりも小さくなるように補正係数を設定する。
In a system in which supercharging pressure control by a variable capacity turbocharger and EGR control coexist, when feedback control by normal PID (proportional / integral / differential compensation) control is performed, as shown in FIG. During acceleration, the vanes of the variable nozzle are abruptly closed so as to follow the target supercharging pressure. Then, the exhaust amount flowing into the
図2は、本発明に基づく可変ノズルベーン位置制御のブロック図である。ECU10は、エンジン回転数と目標噴射量(運転状態)に応じて目標過給圧を算出する(目標過給圧算出手段)。一方、エンジン1の運転状態に応じて決まる可変ノズルの基本ベーン位置特性から基本ベーン位置を算出する(基本ノズル開度算出手段)。そして、算出された目標過給圧と、吸気圧センサ(実過給圧検出手段)7によって実測される実過給圧との偏差を基にPID制御量を算出し(フィードバック量算出手段)、これを基本ベーン位置に加算して目標ベーン位置を算出して(目標ノズル開度算出手段)、可変ノズルのベーン位置を制御する(ノズル開度制御手段)。
FIG. 2 is a block diagram of variable nozzle vane position control according to the present invention. The
さらに、本発明ではPID制御量を算出するに際し、エンジン1が過渡運転状態かどうかを判定し(過渡判定手段)、過渡判定された時には、PID制御のゲインが定常運転時よりも小さくなるように、過渡時ゲイン補正係数を算出して(補正係数算出手段)、PID制御量を補正する(過渡時補正手段)。このように、過渡時のPID制御量を減量補正して、可変ノズルベーンの動きを制限することにより、EGR制御への影響を小さくすることができる。ここで、可変ノズルベーンの動きを制限する補正係数は、例えば、図3に示すように、過渡判定後、時間とともに大きくして、制限を解除していくのがよい。具体的には、過渡判定直後の補正係数初期値を0(下限値)とし、補正係数が1(上限値)となるまで、時間とともに補正係数を増加させる。
Further, in the present invention, when calculating the PID control amount, it is determined whether or not the
図4は本発明により可変ノズルの目標ベーン位置を算出するための制御ルーチンで、所定の演算周期で実行される。ステップ101では、まず、エンジン回転数と目標燃料噴射量を読み込み、予め記憶されているマップデータから目標過給圧を算出する。エンジン回転数は回転数センサ15の出力から、目標燃料噴射量は、別途実行される燃料噴射制御ルーチンにおいて、エンジン回転数とアクセル開度センサ14の出力を基に算出することができる。
FIG. 4 is a control routine for calculating the target vane position of the variable nozzle according to the present invention, and is executed at a predetermined calculation cycle. In
また、ステップ102では、読み込まれたエンジン回転数、目標燃料噴射量に基づいて、予め記憶されているマップデータから可変ノズルの基本ベーン位置を算出する。ステップ103では、吸気圧センサ7によって検出される実過給圧を読み込み、ステップ101で算出した目標過給圧から実過給圧を減算して、その偏差を算出する。
In
ステップ104では、エンジン1の運転状態が過渡状態にあるか否かの判定を行なう。過渡判定手段は、例えば、アクセル開度センサ14によるアクセルペダル位置の前回値と今回値の差が、所定値以上の場合に過渡状態と判定する。もしくは目標噴射量の前回値と今回値の差が所定値以上の場合に、過渡状態と判定するようにしてもよい。
In
ステップ104で、過渡状態でないと判定された場合にはステップ105へ進み、過渡時ゲイン補正係数の値を1とした後、ステップ107へ進む。これにより過渡状態でない時には、ゲイン補正が実質的には行なわれない。ステップ104で、過渡状態であると判定された場合にはステップ106へ進み、過渡時ゲイン補正係数を算出する。これは、過渡時のベーン位置の変化を小さくしてEGR量の変動を抑制するためもので、前述した図3のように、時間とともに補正係数が増加するように設定される。この補正係数の算出方法を図4により説明する。
If it is determined in
図5のステップ201では、過渡判定が今回初めてなされたかどうかを判断する。例えば、図4のステップ104における過渡判定結果の前回値と今回値を比較して、今回初めて過渡状態と判定された場合には、ステップ202へ進んで、補正係数初期値を算出する。補正係数初期値は、前述した図3から例えば0とし、ステップ204でこの初期値を今回の補正係数とする。ステップ201で、前回も過渡状態であった場合には、ステップ203へ進んで、前回の補正係数に所定の補正係数増加量を加算し、ステップ204でこの加算値を今回の補正係数とする。
In
図4のステップ107では、ステップ103で算出した目標過給圧と実過給圧の偏差に基づいたPID制御によってフィードバック量を算出する。PID制御量は、次式のように、比例補正量と微分補正量と積分補正量で表され、これら補正量にステップ105、106で算出した補正係数を乗じて、加算することで算出される。
PID制御量=(VNT_FbP+VNT_FbD)*K+VNT_FbI
式中、VNT_FbP:比例補正量、VNT_FbD:微分補正量、VNT_FbI:積分補正量、K:補正係数
ここで、積分補正量は微小であるため、上式では積分補正量に補正係数Kを乗じていないが、積分補正量に補正係数を乗じた式としてももちろんよい。
In
PID control amount = (VNT_FbP + VNT_FbD) * K + VNT_FbI
In the equation, VNT_FbP: proportional correction amount, VNT_FbD: differential correction amount, VNT_FbI: integral correction amount, K: correction coefficient Here, since the integral correction amount is very small, the integral correction amount is multiplied by the correction coefficient K in the above equation. Of course, an equation obtained by multiplying the integral correction amount by the correction coefficient may be used.
ステップ108では、ステップ107で算出したPID制御量を、ステップ102で算出した基本ベーン位置に加算して、目標ベーン位置を算出する。この算出式は、例えば、次のように示される。
VNT_Fin =VNT_Base+[(VNT_FbP+VNT_FbD)*K+VNT_FbI]
VNT_Fin:目標ベーン位置、VNT_Base:基本ベーン位置、
In
VNT_Fin = VNT_Base + [(VNT_FbP + VNT_FbD) * K + VNT_FbI]
VNT_Fin: target vane position, VNT_Base: basic vane position,
このように、エンジンの運転状態が過渡状態にあるときに、補正係数を用いてゲイン補正を行なうことで、可変ノズルベーンの動きを制限することができる。これを図6により説明する。図6(a)は、従来方法による過渡時のベーン実位置の変化を示すもので、加速時に目標過給圧が急上昇すると、これに追従するようにフィードバック制御され、可変ノズルのベーンが急激に閉じられる。これに対し、図6(b)の本発明の制御方法では、過渡時のフィードバックゲインが十分小さくなるように補正されるので、ベーン実位置の変化は小さくなる。このため、排気タービン5Bに流入する排気量が急減することがなく、排気圧の変化が抑制されるので、通常のEGR制御を行ってもEGRガス量への影響は小さい。
Thus, when the engine operating state is in a transient state, the movement of the variable nozzle vane can be limited by performing the gain correction using the correction coefficient. This will be described with reference to FIG. FIG. 6 (a) shows the change in the vane actual position during the transition according to the conventional method. When the target supercharging pressure suddenly rises during acceleration, feedback control is performed to follow this, and the vane of the variable nozzle suddenly increases. Closed. On the other hand, in the control method of the present invention shown in FIG. 6B, since the feedback gain at the time of transition is corrected so as to be sufficiently small, the change in the vane actual position becomes small. For this reason, the amount of exhaust gas flowing into the
図7は、EGR装置におけるEGR制御のブロック図で、ECU10は、エンジン1の回転数や目標噴射量といった運転状態に応じて目標吸気量を算出する(目標吸気量算出手段)。一方、エンジン1の運転状態に応じて決まる基本EGRバルブ位置特性から基本EGRバルブ位置を算出する。そして、算出された目標吸気量と、エアフローメータ(吸気量検出手段)4によって実測される実吸気量との偏差を基にPID制御量を算出し、基本EGRバルブ位置に加算して目標EGRバルブ位置を算出し、EGRバルブ13を制御する(バルブ開度制御手段)。
FIG. 7 is a block diagram of EGR control in the EGR device, and the
図8は本発明により目標EGRバルブ位置を算出するための制御ルーチンで、所定の演算周期で実行される。ステップ301では、まず、エンジン回転数と目標燃料噴射量を読み込み、予め記憶されているマップデータから目標吸気量を算出する。エンジン回転数は回転数センサ15の出力から、目標燃料噴射量は、別の制御ルーチンにおいて、エンジン回転数とアクセル開度センサ14の出力を基に算出される。
FIG. 8 is a control routine for calculating the target EGR valve position according to the present invention, and is executed at a predetermined calculation cycle. In
また、ステップ302では、読み込まれたエンジン回転数、目標燃料噴射量に基づいて、予め記憶されているマップデータから基本EGRバルブ位置を算出する。ステップ303では、エアフローメータ4によって検出される実吸気量を読み込み、ステップ301で算出した目標吸気量から実吸気量を減算して、その偏差を算出する。ステップ304では、ステップ303で算出した目標吸気量と実吸気量の偏差を基に、通常のPID制御によるフィードバック量を算出する。そして、ステップ305で、ステップ304で算出したPID制御量を、ステップ302で算出した基本EGRバルブ位置に加算して、目標EGRバルブ位置を算出する。
In
図9は、図6に示した過渡時の過給圧変化に伴う、目標EGR率とEGRバルブ位置の変化を示すものである。図9(a)の従来方法では、上述したように過渡時に可変ノズルのベーンが急激に閉じられて排気圧が上昇するために、実EGR率が目標EGR率を超え、これを抑制するためにEGRバルブ位置が変動する。一方、図9(b)の本発明の制御方法によれは、過渡時のベーン実位置の変化が小さいので、従来のようにEGR量が増大せず、EGRバルブ位置の変動が防止できる。 FIG. 9 shows changes in the target EGR rate and the EGR valve position accompanying the change in the supercharging pressure during the transition shown in FIG. In the conventional method of FIG. 9A, the vane of the variable nozzle is abruptly closed during the transition as described above, and the exhaust pressure rises, so that the actual EGR rate exceeds the target EGR rate and is suppressed. The EGR valve position varies. On the other hand, according to the control method of the present invention shown in FIG. 9B, since the change in the vane actual position at the time of transition is small, the EGR amount does not increase as in the prior art, and the fluctuation of the EGR valve position can be prevented.
このように、本発明によれば、過渡運転時、特に加速初期に可変ノズルベーンの動きを制限することにより、排気圧の急激な上昇を抑制できる。これによりEGRバルブの動きを大きくすることなく希望するEGR率へ制御することが可能となる。よって、複雑な制御や装置を要することなく安定した制御を精度よく行ない、可変容量ターチャージャの過給圧制御とEGR装置によるEGR制御を両立させることができる。 Thus, according to the present invention, a rapid increase in exhaust pressure can be suppressed by restricting the movement of the variable nozzle vane during transient operation, particularly in the early stage of acceleration. This makes it possible to control the desired EGR rate without increasing the movement of the EGR valve. Therefore, stable control can be performed with high accuracy without requiring complicated control and apparatus, and both supercharging pressure control of the variable capacity charger and EGR control by the EGR apparatus can be achieved.
なお、本発明では、加速初期に可変ノズルのベーンの動きを制限することにより、過給圧の追従遅れが懸念されるが、加速開始から排気エネルギが増加し、それによりターボの回転が増加し過給圧が上昇するまでにはかなりの遅れが存在する。従って、図6(a)、(b)に示されるように、それほどの影響を受けることはない。ただし、影響を受けるほど長い時間補正係数を用いてベーンの動きを抑制することは望ましくない。 In the present invention, there is a concern that the follow-up delay of the supercharging pressure is limited by restricting the movement of the vanes of the variable nozzle in the early stage of acceleration, but the exhaust energy increases from the start of acceleration, thereby increasing the rotation of the turbo. There is a considerable delay before the boost pressure rises. Therefore, as shown in FIGS. 6A and 6B, it is not so affected. However, it is not desirable to suppress the movement of the vanes using a time correction factor that is long enough to be affected.
本発明は可変容量ターボチャージャとEGR装置を備える内燃機関であれば、いずれにも適用可能であり、上記実施形態ではディーゼルエンジンに適用した例について説明したが、他の内燃機関であってもよい。また、可変容量ターボチャージャやEGR装置の構成は、上記実施形態で説明した構成に限られるものではなく、公知の他の構成とすることもできる。 The present invention is applicable to any internal combustion engine provided with a variable capacity turbocharger and an EGR device. In the above embodiment, the example applied to a diesel engine has been described, but other internal combustion engines may be used. . The configurations of the variable capacity turbocharger and the EGR device are not limited to the configurations described in the above embodiment, and may be other known configurations.
1 ディーゼルエンジン(内燃機関)
2 インジェクタ
3 吸気通路
4 エアフローメータ(実吸気量検出手段)
5A 吸気コンプレッサ
5B 排気タービン
6 吸気絞り弁
7 吸気圧センサ(実過給圧検出手段)
8 吸気温センサ
9 排気通路
10 電子制御ユニット(ECU)
11 酸素センサ
12 EGR通路
13 EGRバルブ
14 アクセル開度センサ
15 回転数センサ
16 水温センサ
1 Diesel engine (internal combustion engine)
2
5A
8 Intake air temperature sensor 9
11
Claims (3)
内燃機関の運転状態に基づいて上記可変容量ターボチャージャの目標過給圧を算出する目標過給圧算出手段と、
実過給圧を検出する実過給圧検出手段と、
上記実過給圧検出手段で検出された実過給圧が、上記目標過給圧算出手段により算出された目標過給圧に追従するように、上記可変ノズルの開度をフィードバック制御するノズル開度制御手段を備え、該ノズル開度制御手段が、
内燃機関の運転状態が過渡運転状態か否かを判定する過渡判定手段と、
実過給圧と目標過給圧の偏差に基づいてフィードバック量を算出するフィードバック量算出手段と、
上記過渡判定手段により過渡運転状態と判定された時に、上記フィードバック量算出手段によるフィードバックゲインが定常運転時よりも小さくなるようにフィードバック量を補正する過渡時補正手段を有するとともに、
上記過渡時補正手段が、フィードバック量の補正係数を算出する補正係数算出手段を有し、該補正係数算出手段は、過渡判定直後の初期値を下限値として補正係数を時間とともに増加させて定常運転時の補正係数に戻すことを特徴とする内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine, comprising: a variable capacity turbocharger that drives an exhaust turbine having a variable nozzle to supercharge intake air; and an EGR device that recirculates part of the exhaust gas to intake air through an EGR passage having an EGR valve. ,
Target boost pressure calculating means for calculating the target boost pressure of the variable capacity turbocharger based on the operating state of the internal combustion engine;
An actual boost pressure detecting means for detecting the actual boost pressure;
A nozzle opening that feedback-controls the opening of the variable nozzle so that the actual boost pressure detected by the actual boost pressure detecting means follows the target boost pressure calculated by the target boost pressure calculating means. Degree control means, the nozzle opening control means,
Transient determining means for determining whether the operating state of the internal combustion engine is a transient operating state;
Feedback amount calculation means for calculating a feedback amount based on the deviation between the actual boost pressure and the target boost pressure;
A transient correction unit that corrects the feedback amount so that the feedback gain by the feedback amount calculation unit becomes smaller than that during steady operation when the transient determination unit determines that the operation state is transient ;
The transient correction means includes a correction coefficient calculation means for calculating a correction coefficient for the feedback amount, and the correction coefficient calculation means increases the correction coefficient with time using the initial value immediately after the transient determination as a lower limit value, and performs steady operation. A control apparatus for an internal combustion engine, wherein the control coefficient is restored to the correction coefficient for the hour .
内燃機関の運転状態に基づいて上記可変ノズルの基本開度を算出する基本ノズル開度算出手段と、
上記基本ノズル開度算出手段で算出された基本ノズル開度に、上記フィードバック量算出手段で算出されたフィードバック量を加算して、目標ノズル開度を算出する目標ノズル開度算出手段を有する請求項1記載の内燃機関の制御装置。 The nozzle opening control means is
Basic nozzle opening calculating means for calculating the basic opening of the variable nozzle based on the operating state of the internal combustion engine;
The target nozzle opening calculating means for calculating the target nozzle opening by adding the feedback amount calculated by the feedback amount calculating means to the basic nozzle opening calculated by the basic nozzle opening calculating means. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 .
実吸気量を検出する実吸気量検出手段と、
上記実吸気量検出手段で検出された実吸気量が、上記目標吸気量算出手段により算出された目標吸気量に追従するように、上記EGRバルブ開度をフィードバック制御するバルブ開度制御手段を備える請求項1または2記載の内燃機関の制御装置。 Target intake air amount calculating means for calculating a target intake air amount based on the operating state of the internal combustion engine;
An actual intake air amount detecting means for detecting the actual intake air amount;
Valve opening control means for feedback-controlling the EGR valve opening is provided so that the actual intake air amount detected by the actual intake air amount detecting means follows the target intake air amount calculated by the target intake air amount calculating means. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2 .
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