DE102011089847A1 - Machine control device for combustion control system for internal combustion engine, has external exhaust gas recirculation device, which is operated such that part of exhaust gas is discharged from machine - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschinensteuervorrichtung, die an einem Verbrennungssteuersystem einer Maschine angewendet ist, die ein externes EGR-Gerät aufweist, gemäß dem ein Teil eines von der Maschine in einen Abgasdurchtritt gegebenen Abgases über einen Abgasrückführdurchtritt wieder in einen Einlassluftdurchtritt zugeführt wird.The present invention relates to an engine control apparatus applied to a combustion control system of an engine having an external EGR apparatus according to which a part of exhaust gas supplied from the engine into an exhaust passage is returned to an intake air passage via an exhaust gas recirculation passage.
Eine Maschinensteuervorrichtung dieser Art ist aus dem Stand der Technik bekannt, wie er z. B. in dem
Ein Sollwert für den EGR-Öffnungsgrad wird allgemein auf entsprechende Betriebszustände der Maschine als Wert einer externen EGR-Menge angepasst, um eine Abgabemenge von schädlichen, in dem Abgas enthaltenen Bestandteilen (eine Rauchemissionsmenge, eine NOx-Emissionsmenge usw.) auf einen Wert zu steuern, der niedriger als ein Grenzwert in einem gleichmäßigen Zustand eines Maschinenbetriebszustands ist, der einem derartigen Maschinenbetriebszustand entspricht, in dem eine ausreichende Zeit verstrichen ist, seit die Steuergrößen für verschiedene Stellglieder zum Steuern der Verbrennung der Maschine auf bestimmte Werte festgelegt wurden. Deswegen kann in einem Übergangszustand, in dem der Maschinenbetriebszustand geändert wird, eine tatsächliche externe EGR-Menge zu einer Menge unterschiedlich sein, die an einer Anpassungsarbeit vorgesehen ist. Dann kann der Verbrennungszustand nachteilig beeinträchtigt sein, und dabei die Rauchemissionsmenge oder die NOx-Emissionsmenge über die Grenzwerte hinausgehen.An EGR opening degree set value is generally adjusted to respective operating states of the engine as a value of an external EGR amount to control a discharge amount of harmful components contained in the exhaust gas (a smoke emission amount, a NOx emission amount, etc.) to a value which is lower than a threshold value in a steady state of an engine operating state corresponding to such an engine operating state in which a sufficient time has elapsed since the control amounts for various actuators for controlling the combustion of the engine have been set to specific values. Therefore, in a transient state in which the engine operating state is changed, an actual external EGR amount may be different from an amount that is provided to an adaptation work. Then, the combustion state may be adversely affected, with the smoke emission amount or the NOx emission amount exceeding the limits.
Es wird vorgeschlagen, ein EGR-Ventil zu betätigen, um die externe EGR-Menge in dem Übergangszustand einzustellen, um die voranstehend beschriebene Situation zu vermeiden. Wenn die externe EGR-Menge erhöht wird, kann die NOx-Emissionsmenge reduziert werden, aber die Rauchemissionsmenge kann als Ergebnis davon erhöht werden, dass eine Sauerstoffkonzentration in der Einlassluft verringert ist. Wenn andererseits die externe EGR-Menge verringert wird, kann die Rauchemissionsmenge reduziert werden, aber die NOx-Emissionsmenge kann als Ergebnis davon erhöht werden, dass die Sauerstoffkonzentration in der Einlassluft erhöht ist. Wenn eine derartige Änderung der Rauchemissionsmenge und der NOx-Emissionsmenge mit Bezug auf die Änderung der externen EGR-Menge berücksichtigt wird, kann eine der Abgaben aus der Rauchemission und der NOx-Emission übermäßig erhöht werden, falls die externe EGR-Menge in dem Übergangszustand nicht geeignet eingestellt werden könnte. In einem Fall, dass eine der Mengen aus der Rauchemissionsmenge und der NOx-Emissionsmenge größer werden würden als der Grenzwert, kann es schwierig werden, die Steueremissionscharakteristiken der Maschine geeignet zu steuern.It is proposed to operate an EGR valve to adjust the external EGR amount in the transient state to avoid the situation described above. When the external EGR amount is increased, the NOx emission amount can be reduced, but the smoke emission amount can be increased as a result of an oxygen concentration in the intake air being reduced. On the other hand, when the external EGR amount is decreased, the smoke emission amount can be reduced, but the NOx emission amount can be increased as a result of the oxygen concentration in the intake air being increased. When such a change of the smoke emission amount and the NOx emission amount with respect to the change of the external EGR amount is taken into consideration, one of the outputs from the smoke emission and the NOx emission may be excessively increased, if the external EGR amount in the transient state is not could be adjusted appropriately. In a case that one of the amounts of the smoke emission amount and the NOx emission amount would become larger than the limit value, it may become difficult to appropriately control the control emission characteristics of the engine.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Betrachtung der voranstehend geschilderten Probleme gemacht. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Maschinensteuervorrichtung bereitzustellen, gemäß der es möglich ist, die Emissionscharakteristiken einer Maschine sogar in einem Übergangszustand eines Maschinenbetriebszustands geeignet zu steuern.The present invention has been made in consideration of the above problems. It is an object of the present invention to provide a machine control apparatus according to which it is possible to appropriately control the emission characteristics of a machine even in a transient state of an engine operating condition.
Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein Maschinensteuervorrichtung (
Gemäß dem voranstehend erwähnten Merkmal wird die externe EGR-Menge angepasst, um sowohl die Rauchanstiegsrate wie auch die NOx-Anstiegsrate zu steuern, wobei diese Anstiegsraten eingegeben werden, Als Ergebnis kann die externe EGR-Menge durch das Reflektieren von sowohl der Rauchanstiegsrate wie auch der NOx-Anstiegsrate gesteuert werden. Dann ist es möglich, zu verhindern, dass eine der Mengen aus der Rauchemissionsmenge und der NOx-Emissionsmenge sich übermäßig erhöht, so dass die Abgabecharakteristiken der Maschine geeignet gesteuert werden können.According to the above-mentioned feature, the external EGR amount is adjusted to control both the smoke rising rate and the NOx rising rate, and these rising rates are inputted. As a result, the external EGR amount can be reduced by reflecting both the smoke rising rate and NOx rate of increase can be controlled. Then, it is possible to prevent one of the amounts of the smoke emission amount and the NOx emission amount from excessively increasing, so that the discharge characteristics of the engine can be appropriately controlled.
Die voranstehend beschriebene und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung deutlich werden, die mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gemacht wird. In den Zeichnungen zeigt:The above-described and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description made with reference to the accompanying drawings. In the drawings shows:
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben, in denen ein Steuergerät der vorliegenden Erfindung an einem Fahrzeug (Automobil) angewendet ist, das eine Brennkraftmaschine mit einem Lader (einem Turbolader) aufweist.An embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings in which a control apparatus of the present invention is applied to a vehicle having an internal combustion engine with a supercharger (a turbocharger).
Eine Brennkraftmaschine
Ein Speichertank
Ein Kraftstoffeinspritzventil
Jede Öffnung aus einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung des entsprechenden Zylinders wird durch jedes Einlassventil
Der Turbolader
Ein Abgasreinigungsgerät
Ein Teil des in den Abgasdurchtritt
Der Abgasdurchtritt
Eine elektronische Steuereinheit (ECU
Die Kraftstoffeinspritzsteuerung wird erläutert. Ein angefordertes Moment für die Maschine
In der Ladedrucksteuerung wird eine Leistungszufuhr zu dem Turbolader
In der externen EGR-Steuerung wird die Leistungszufuhr zu dem EGR-Stellglied
Der EGR-Sollöffnungsgrad wird im Voraus z. B. durch Experimente festgelegt (angepasst). Die externe EGR wird gemäß dem EGR-Sollöffnungsgrad so ausgeführt, dass eine Menge des Rauchs wie auch eine Menge von NOx, die von der Maschine
In genauerem Detail werden ein Sollwert für die Rauchemission (ein Rauchsollwert), der auf einen Wert eingestellt ist, der niedriger als ein vorbestimmter Grenzwert für die Rauchemission ist (ein Rauchgrenzwert) wie auch ein Sollwert für die NOx-Emission (ein NOx-Sollwert), der als ein Wert niedriger als sein vorbestimmter Grenzwert für die NOx-Emission eingestellt ist (ein NOx-Grenzwert) für entsprechende Maschinendrehzahlen und ein angefordertes Moment der Maschine (oder eine Kraftstoffeinspritzmenge von dem Kraftstoffeinspritzventil
Der Rauchgrenzwert wie auch der NOx-Grenzwert können so festgelegt werden, dass sie Emissionscharakteristiken treffen, die in einer vorher bestimmten Betriebsart verlangt sind (z. B. NEDC-Betriebsart, LA#4-Betriebsart und ähnliche), in denen ein Kraftstoffverbrauchsverhältnis, eine Emission usw. gemessen werden. Genauer können der Rauchgrenzwert wie auch der NOx-Grenzwert für entsprechende Maschinenbetriebszustände der Maschine
Es ist möglich, die tatsächliche Menge des externen EGR zu erreichen, die im Wesentlichen gleich einem solchen Wert ist, von dem angenommen wird, dass er den EGR-Sollöffnungsgrad festlegt, wenn der tatsächliche EGR-Öffnungsgrad auf den EGR-Sollöffnungsgrad gesteuert wird. Jedoch kann die tatsächliche Menge des externen EGR in einem Übergangszustand, in dem eine ausreichende Zeit zum Steuern des tatsächlichen EGR-Öffnungsgrads auf den EGR-Sollöffnungsgrad noch nicht verstrichen ist, von der Menge des externen EGR variieren, von der angenommen ist, dass sie den EGR-Sollöffnungsgrad festlegt. Wenn die tatsächliche Menge des externen EGR von dem Sollwert variiert, kann eine Menge des Einlassgases (d. h., ein Gemisch der frischen Luft und des EGR-Gases), das zu der Maschine
Wenn z. B. der EGR-Öffnungsgrad geändert wird, wird die Menge des externen EGR geändert. Wenn nämlich der EGR-Öffnungsgrad erhöht wird, wird die Menge des externen EGR erhöht und dabei die Sauerstoffkonzentration in dem Einlassgas verringert. Dann wird die NOx-Emission verringert, während die Rauchemission erhöht werden kann. Wenn andererseits der EGR-Öffnungsgrad verringert wird, wird die Menge des externen EGR verringert und dabei die Sauerstoffkonzentration in dem Einlassgas erhöht. Dann wird die Rauchemission reduziert, während die NOx-Emission erhöht werden kann. Exkursionen der Rauchemission und der NOx-Emission mit Bezug auf die Änderung des EGR-Öffnungsgrads werden durch eine durchgehende Linie (eine Ausgleichslinie) A in
Wenn darüber hinaus die Kraftstoffeinspritzmenge von dem Kraftstoffeinspritzventil
Insbesondere wenn das Fahrzeug beschleunigt wird, können die Rauchemission oder ähnliches bemerkenswert größer als der Grenzwert werden. Es wird nämlich die Kraftstoffeinspritzmenge gemäß dem Anstieg des von der Maschine angeforderten Moments während der Beschleunigung des Fahrzeugs erhöht. Jedoch besteht hier eine Zeitverzögerung (eine Ladeverzögerung) von einem Zeitpunkt an, an dem die Einlassluft durch den Turbolader
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden, um das voranstehend beschriebene Problem zu lösen (das übermäßige Ansteigen des Rauchs und/oder NOx), ein Rauchanstiegsverhältnis (ein Verhältnis der Rauchemission mit Bezug auf den Rauchsollwert) und ein NOx-Anstiegsverhältnis (ein Verhältnis der NOx-Emissionen mit Bezug auf den NOx-Sollwert) in die ECU
Die Anstiegsverhältnis-Ausgleichssteuerung wird mit Bezug auf
Ein Sauerstoffkonzentrationsschätzabschnitt B1 schätzt ausgehend von einem Ladedruck ”P”, einer Einlasslufttemperatur ”Tmp”, ausgehend von der Ausgabe des Temperatursensors
Noch genauer werden die Einlassgassauerstoffkonzentration und die Abgassauerstoffkonzentration ausgehend von den folgenden Prozessen geschätzt. Als ein erster Prozess wird die Einlassgasmenge, die in die Brennkammer
Ein Lernprozess kann ausgeführt werden, um eine Variation (einen Modellfehler) zwischen der geschätzten Sauerstoffkonzentration und der tatsächlichen Sauerstoffkonzentration zu reduzieren. Der Lernprozess kann ausgehend von der tatsächlichen Sauerstoffkonzentration von der Ausgabe des A–F-Sensors
Ein NOx-Emissionschätzabschnitt B2 berechnet ausgehend von der Einlassgassauerstoffkonzentration, der Maschinendrehzahl ”NG” und dem von der Maschine angeforderten Moment ”Trq” (oder der Kraftstoffeinspritzmenge ”Q” von dem Kraftstoffeinspritzventil
Ein Rauchemissionsschätzabschnitt B3 berechnet einen geschätzten Wert für die Rauchemission (einen geschätzten Rauchwert) ausgehend von der Abgassauerstoffkonzentration, der Maschinendrehzahl ”NE” und dem von der Maschine angeforderten Moment ”Trq” (oder der Kraftstoffeinspritzmenge ”Q” von dem Kraftstoffeinspritzventil
Ein Sollwerteinstellabschnitt B4 stellt einen NOx-Sollwert und einen Rauchsollwert ausgehend von der Maschinendrehzahl ”NE” und dem von der Maschine angeforderten Moment ”Trq” ein.A target value setting section B4 sets a NOx target value and a smoke target value based on the engine speed "NE" and the engine requested torque "Trq".
Ein erster NOx-Anstiegsverhältnis-Berechnungsabschnitt B5 berechnet ein erstes NOx-Anstiegsverhältnis ”ΔNOx” (eines sofortigen Werts) durch das Teilen von jedem geschätzten NOx-Wert durch jeden NOx-Sollwert. Ein zweiter NOx-Anstiegsverhältnis-Berechnungsabschnitt B6 berechnet ein zweites NOx-Anstiegsverhältnis ”Xi” (eines integrierten Werts) durch das Teilen von jedem integrierten Wert des geschätzten NOx-Werts durch jeden integrierten Wert des NOx-Sollwerts.A first NOx rising ratio calculating section B5 calculates a first NOx rising ratio "ΔNOx" (an immediate value) by dividing each estimated NOx value by each NOx target value. A second NOx rising ratio calculating section B6 calculates a second NOx rising ratio "Xi" (an integrated value) by dividing each integrated value of the estimated NOx value by each integrated value of the NOx target value.
Ein erster Rauchanstiegsverhältnis-Berechnungsabschnitt B7 berechnet ein erstes Rauchanstiegsverhältnis ”ΔPM” (eines sofortigen Werts) durch Teilen von jedem geschätzten Rauchwert durch jeden Rauchsollwert. Ein zweiter Rauchanstiegsverhältnis-Berechnungsabschnitt B8 berechnet ein zweites Rauchanstiegsverhältnis ”Yi” (eines integrierten Werts) durch das Teilen jedes integrierten Werts des geschätzten Rauchwerts durch jeden integrierten Wert des Rauchsollwerts.A first smoke rise ratio calculating section B7 calculates a first smoke rising ratio "ΔPM" (an immediate value) by dividing each estimated smoke value by each smoke target value. A second smoke rise ratio calculation section B8 calculates a second smoke rise ratio "Yi" (an integrated value) by dividing each integrated value of the estimated smoke value by each integrated value of the smoke setpoint.
Ein Parameterberechnungsabschnitt B9 berechnet eine Steuergröße (einen Steuerparameter ”δ”) für die Anstiegsverhältnis-Ausgleichssteuerung. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Sollverhältnis des NOx-Anstiegsverhältnis ”ΔNOx” mit Bezug auf das Rauchanstiegsverhältnis ”ΔPM” als ”α0/β0” ausgedrückt, wobei jeder der Koeffizienten ”α0” und ”β0” größer als null ist (α0, β0 > 0) und eine Formel ”α0 + β0 = 1” erfüllt.A parameter calculation section B9 calculates a control amount (a control parameter "δ") for the increase ratio compensation control. According to the present embodiment, a target ratio of the NOx increase ratio "ΔNOx" with respect to the smoke rise ratio "ΔPM" is expressed as "α0 / β0", each of the coefficients "α0" and "β0" being greater than zero (α0, β0> 0) and a formula "α0 + β0 = 1".
Der Steuerparameter ”δ” wird gemäß einer folgenden Gleichung (c1) unter Verwendung der Steuerkoeffizienten ”α” und ”β” (α, β > 0) berechnet, damit ein tatsächliches Verhältnis des NOx-Anstiegsverhältnisses ”ΔNOx” mit Bezug auf das Rauchanstiegsverhältnis ”ΔPM” auf das Sollverhältnis ”α0/β0” gesteuert wird:
Eine technische Bedeutung des Steuerverfahrens zum Verwenden der voranstehenden Gleichung (c1) wird erläutert.A technical meaning of the control method for using the above equation (c1) will be explained.
In den voranstehenden Gleichungen ist jeder der Koeffizienten ”αi” und ”ßi” durch Verwendung des NOx-Anstiegsverhältnisses ”Xi” des integrierten Werts und des Rauchanstiegsverhältnisses ”Yi” des integrierten Werts definiert, wobei das NOx-Anstiegsverhältnis ”Xi” und das Rauchanstiegsverhältnis ”Yi” jeweils Geschichten des NOx-Anstiegsverhältnisses ”ΔNOx” und des Rauchanstiegsverhältnisses ”ΔPM” reflektieren.In the above equations, each of the coefficients "αi" and "βi" is defined by using the integrated-value NOx rising ratio "Xi" and the smoke rising ratio "Yi", the NOx rising ratio "Xi" and the smoke rising ratio " Yi "reflect each of the NOx rise ratio" ΔNOx "and the smoke rise ratio" ΔPM ".
Gemäß der voranstehenden Gleichungen (c2) und (c3) werden in einem Fall, in dem ein Verhältnis des NOx-Anstiegsverhältnisses ”Xi” (der integrierte Wert) mit Bezug auf das Rauchanstiegsverhältnis ”Yi” (der integrierte Wert) der Sollwert ”α0/β0” wird, jeder der Koeffizienten ”αi” und ”βi” jeweils ”α0” und ”β0”. Dann wird jeder der Steuerkoeffizienten ”α” und ”β” entsprechend ”α0” und ”β0”. According to the above equations (c2) and (c3), in a case where a ratio of the NOx increase ratio "Xi" (the integrated value) with respect to the smoke increase ratio "Yi" (the integrated value) becomes the target value "α0 / β0 ", each of the coefficients" αi "and" βi "becomes" α0 "and" β0 ", respectively. Then, each of the control coefficients "α" and "β" becomes "α0" and "β0", respectively.
Ein Grund zum Verwenden der Steuerkoeffizienten ”α” und ”β” anstelle der Koeffizienten ”α0” und ”β0” ist es, zu verhindern, dass das Verhältnis des NOx-Anstiegsverhältnisses ”ΔNOx” mit Bezug auf das Rauchanstiegsverhältnis ”ΔPM” in dem Fall eines längeren Zeitmaßstabs stark von dem Sollverhältnis ”α0/β0” verschoben wird. Der längere Zeitmaßstab entspricht z. B. nicht einem Fall eines mikroskopischen Zeitmaßstabs, in dem die sofortigen Werte berechnet werden, sondern einem Fall, in dem die gesamte Berechnung des Rauchanstiegsverhältnisses ”Yi” ausgeführt wird, und dabei ein Zeitmaßstab wesentlich länger als der mikroskopische Maßstab ist.A reason for using the control coefficients "α" and "β" instead of the coefficients "α0" and "β0" is to prevent the ratio of the NOx increase ratio "ΔNOx" from the smoke increase ratio "ΔPM" in the case of a longer time scale is greatly shifted from the target ratio "α0 / β0". The longer time scale corresponds to z. For example, not a case of a microscopic time scale in which the instantaneous values are calculated, but a case in which the entire calculation of the smoke increase ratio "Yi" is carried out, and a time scale is much longer than the microscopic scale.
In der voranstehenden Gleichung (c1) ist es möglich, wenn ”α” und ”β” auf und ”β0” fixiert sind, und der Steuerparameter ”δ” durch eine Regelung auf Null ”0” eingestellt ist, eine derartige Situation zu vermeiden, in der eine der Emissionen aus der Rauchemission und der NOx-Emission bemerkenswert erhöht wird. Sogar wenn das Verhältnis des NOx-Anstiegsverhältnisses ”ΔNOx” mit Bezug auf das Rauchanstiegsverhältnis ”ΔPM” in dem mikroskopischen Zeitmaßstab durch die Regelung auf das Sollverhältnis ”α0/β0” gebracht wird, kann das Verhältnis des NOx-Anstiegsverhältnisses ”ΔNOx” mit Bezug auf das Rauchanstiegsverhältnis ”ΔPM” in dem längeren Zeitmaßstab stark von dem Sollverhältnis ”α0/β0” verschoben sein. Dies ist deswegen der Fall, da eines der Anstiegsverhältnisse größer als das andere Anstiegsverhältnis werden kann, was von einem Verhalten des Fahrers für eine Fahrt des Fahrzeugs, einer betrieblichen Verzögerung von verschiedenen Arten von Stellgliedern für die Verbrennungssteuerung usw. abhängen kann.In the above equation (c1), when "α" and "β" are fixed to and "β0", and the control parameter "δ" is set to zero "0" by a control, it is possible to avoid such a situation. in which one of the emissions from the smoke emission and the NOx emission is remarkably increased. Even if the ratio of the NOx increase ratio "ΔNOx" with respect to the smoke rise ratio "ΔPM" in the microscopic time scale is brought to the target ratio "α0 / β0" by the control, the ratio of the NOx increase ratio "ΔNOx" can be referenced with reference to FIG the smoke rise ratio "ΔPM" in the longer time scale is greatly shifted from the target ratio "α0 / β0". This is because one of the rise ratios may become greater than the other increase ratio, which may depend on driver behavior for vehicle travel, operational delay of various types of combustion control actuators, and so on.
Wenn andererseits die Steuerkoeffizienten ”α” und ”β” wie in den Gleichungen (c2) und (c3) definiert sind, mit anderen Worten ausgedrückt, wenn ein Sollverhältnis ”α/β” für die Steuerkoeffizienten in jedem Steuerzyklus ausgehend von dem Rauchanstiegsverhältnis ”Yi” für den integrierten Wert und dem NOx-Anstiegsverhältnis ”Xi” für den integrierten Wert geändert wird, kann das Verhältnis des NOx-Anstiegsverhältnisses ”ΔNOx” mit Bezug auf das Rauchanstiegsverhältnis ”ΔPM” zuletzt in dem längeren Zeitmaßstab auf das Sollverhältnis ”α0/β0” gebracht werden.On the other hand, when the control coefficients "α" and "β" are defined as equations (c2) and (c3), in other words, when a target ratio "α / β" for the control coefficients in each control cycle starts from the smoke rise ratio "Yi For the integrated value and the NOx increase ratio "Xi" for the integrated value, the ratio of the NOx increase ratio "ΔNOx" with respect to the smoke rise ratio "ΔPM" may be reduced to the target ratio "α0 / β0 last in the longer time scale " to be brought.
Wenn das Verhältnis des NOx-Anstiegsverhältnisses ”ΔNOx” mit Bezug auf das Rauchanstiegsverhältnis ”ΔPM” dazu tendiert, in dem längeren Zeitmaßstab kleiner als das Sollverhältnis ”α0/β0” zu werden, wird das Verhältnis des Koeffizienten ”αi” mit Bezug auf den Koeffizienten ”βi” kleiner als das Sollverhältnis ”α0/β0”, und dabei wird der Steuerkoeffizient ”α” größer als der Koeffizient ”α0”, während der Steuerkoeffizient ”β” kleiner als der Koeffizient ”β0” wird. Als Ergebnis ist der Anstieg des NOx-Anstiegsverhältnisses ”ΔNOx” erlaubt, während der Anstieg des Rauchanstiegsverhältnisses ”ΔPM” beschränkt ist.When the ratio of the NOx increase ratio "ΔNOx" with respect to the smoke rise ratio "ΔPM" tends to become smaller than the target ratio "α0 / β0" in the longer time scale, the ratio of the coefficient "αi" becomes with respect to the coefficient "Βi" is smaller than the target ratio "α0 / β0", and thereby the control coefficient "α" becomes larger than the coefficient "α0", while the control coefficient "β" becomes smaller than the coefficient "β0". As a result, the increase of the NOx increase ratio "ΔNOx" is allowed while the increase of the smoke increase ratio "ΔPM" is limited.
Wenn andererseits das Verhältnis des NOx-Anstiegsverhältnisses ”ΔNOx” mit Bezug auf das Rauchanstiegsverhältnis ”ΔPM” dazu tendiert, größer als das Sollverhältnis ”α0/β0” in dem längeren Zeitmaßstab zu werden, wird das Verhältnis des Koeffizienten ”αi” mit Bezug auf den Koeffizienten ”βi” größer als das Sollverhältnis ”α0/β0”, und dabei wird der Steuerkoeffizient ”α” kleiner als der Koeffizient ”α0”, während der Steuerkoeffizient ”β” größer als der Koeffizient ”β0” wird. Als Ergebnis ist der Anstieg des NOx-Anstiegsverhältnisses ”ΔNOx” beschränkt, während der Anstieg des Rauchanstiegsverhältnisses ”ΔPM” erlaubt ist.On the other hand, if the ratio of the NOx increase ratio "ΔNOx" with respect to the smoke rise ratio "ΔPM" tends to become larger than the target ratio "α0 / β0" in the longer time scale, the ratio of the coefficient "αi" will become Coefficient "βi" greater than the target ratio "α0 / β0", and thereby the control coefficient "α" is smaller than the coefficient "α0", while the control coefficient "β" is greater than the coefficient "β0". As a result, the increase of the NOx increase ratio "ΔNOx" is limited, while the increase of the smoke increase ratio "ΔPM" is allowed.
Die voranstehenden Gleichungen (c2) und (c3) sind so standardisiert, dass eine Summe der Steuerkoeffizienten ”α” und ”β” ein vorbestimmter Wert ”1” wird, wenn die Steuerkoeffizienten ”α” und ”β” berechnet werden. Dies dient dazu, eine Situation zu vermeiden, in der ein Proportionalfaktor ”Kp” und ein Integralfaktor ”Ki” in jedem Steuerzyklus in einem Regelungsabschnitt B10 (im Folgenden erläutert) gemäß dem NOx-Anstiegsverhältnis ”ΔNOx” und dem Rauchanstiegsverhältnis ”ΔPM” geändert werden. Mit anderen Worten ausgedrückt können sogar in einem Fall, in dem das NOx-Anstiegsverhältnis ”ΔNOx” und das Rauchanstiegsverhältnis ”ΔPM” zueinander gleich sind, aber wenn die absoluten Figuren dieser Anstiegsverhältnisse voneinander unterschiedlich sind, die Werte für den Steuerparameter ”δ” (der erforderlich ist, um das Verhältnis des NOx-Anstiegsverhältnisses ”ΔNOx” mit Bezug auf das Rauchanstiegsverhältnis ”ΔPM” zu dem Sollverhältnis ”α0/β0” zu machen) zueinander unterschiedlich sein. In einem derartigen Fall ist es notwendig, den Proportionalfaktor ”Kp” und den Integralfaktor ”Ki” an das NOx-Anstiegsverhältnis ”ΔNOx” und das Rauchanstiegsverhältnis ”ΔPM” anzupassen. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind jedoch zum Zweck der Vereinfachung der Anpassungsfähigkeitsarbeit für den Proportionalfaktor ”Kp” und den Integralfaktor ”Ki” die Steuerkoeffizienten ”α” und ”β” in jedem Steuerzyklus standardisiert, um die Situation zu vermeiden, dass der Proportionalfaktor ”Kp” und der Integralfaktor ”Ki” in jedem Steuerzyklus abhängig von dem NOx-Anstiegsverhältnis ”ΔNOx” und dem Rauchanstiegsverhältnis ”ΔPM” geändert werden.The above equations (c2) and (c3) are standardized so that a sum of the control coefficients "α" and "β" becomes a predetermined value "1" when the control coefficients "α" and "β" are calculated. This is to avoid a situation in which a proportional factor "Kp" and an integral factor "Ki" in each control cycle in a control section B10 (explained below) according to the NOx increase ratio "ΔNOx" and the smoke rise ratio "ΔPM" are changed. In other words, even in a case where the NOx increase ratio "ΔNOx" and the smoke rise ratio "ΔPM" are equal to each other, but when the absolute figures of these rise ratios are different from each other, the values for the control parameter "δ" (i.e. is required to make the ratio of the NOx increase ratio "ΔNOx" with respect to the smoke rise ratio "ΔPM" to the target ratio "α0 / β0" different from each other. In such a case, it is necessary to adjust the proportional factor "Kp" and the integral factor "Ki" to the NOx increase ratio "ΔNOx" and the smoke increase ratio "ΔPM". However, according to the present embodiment, for the purpose of simplifying the adaptability work for the proportional factor "Kp" and the integral factor "Ki", the control coefficients "α" and "β" are standardized in each control cycle to avoid the situation that the proportional factor "Kp" and the integral factor "Ki" in each control cycle is changed depending on the NOx rising ratio "ΔNOx" and the smoke rising ratio "ΔPM".
Der Regelungsabschnitt B10 berechnet ausgehend von dem Steuerparameter ”δ” eine Regelungsgröße (Rückkopplungssteuergröße) für das EGR-Stellglied
Ein Vorkopplungssteuerabschnitt B11 berechnet eine Vorkopplungssteuergröße (den EGR-Sollöffnungsgrad) für das EGR-Stellglied
Ein Additionsabschnitt B12 berechnet eine finale Betriebsgröße für das EGR-Stellglied
Wenn die Leistungszufuhr zu dem EGR-Stellglied
An einem Schritt S10 führt die ECU
An einem Schritt S12 führt die ECU
An einem Schritt S16 führt die ECU
An einem Schritt S18 führt die ECU
Wenn der Schritt S20 vollendet ist, geht der Prozess der
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können die folgenden Vorteile erhalten werden.
- (1) Die Leistungszufuhr zu dem EGR-Stellglied
48a wird ausgehend von dem zusätzlichen Wert der Regelungsgröße gesteuert, der ausgehend von dem Steuerparameter ”δ” und der Vorkopplungssteuergröße berechnet wird. Als Ergebnis ist es sogar in dem Übergangszustand des Betriebszustands der Maschine10 möglich, eine derartige Situation zu vermeiden, dass jede der Emissionen aus der NOx-Emission übRauchemission und der ermäßig erhöht wird. Mit anderen Worten ist es möglich, bevorzugt eine derartige Situation zu vermeiden, dass die Rauchemission höher werden kann als der Rauchgrenzwert, oder dass die NOx-Emission höher werden kann als der NOx-Grenzwert.
- (1) The power supply to the EGR actuator
48a is controlled on the basis of the additional value of the control quantity, which is calculated on the basis of the control parameter "δ" and the feedforward control variable. As a result, it is even in the transient state of the operating state of theengine 10 it is possible to avoid such a situation that each of the emissions from the NOx emission is smoked and reduced excessively. In other words, it is possible to preferably avoid such a situation that the smoke emission may become higher than the smoke limit, or that the NOx emission may become higher than the NOx limit.
Da außerdem die externe EGR-Steuerung ausgehend von dem einzelnen Steuerparameter ”δ” ausgeführt wird, ist es ebenfalls möglich die externe EGR-Steuerung einfach und geeignet auszuführen, um das übermäßige Ansteigen der Rauchemission oder der NOx-Emission zu vermeiden.
- (2) Die Steuerkoeffizienten ”α” und ”β”, die zum Berechnen des Steuerparameters ”δ” verwendet werden, werden unter Verwendung des NOx-Anstiegsverhältnisses ”Xi” des integrierten Werts und des Rauchanstiegsverhältnisses ”Yi” des integrierten Werts berechnet, so dass das Verhältnis des NOx-Anstiegsverhältnisses ”Xi” des integrierten Werts mit Bezug auf das Rauchanstiegsverhältnis ”Yi” des integrierten Werts auf das Sollverhältnis ”α0/β0” gesteuert wird. Als Ergebnis ist es möglich, nicht nur die externe EGR-Steuerung durch das Reflektieren des Verhaltens des Fahrers für die Fahrzeugfahrt auszuführen, sondern auch die Emissionscharakteristik in
der Maschine 10 geeignet zu steuern, damit sie die Regelanforderungen für die Emission erfüllen.
- (2) The control coefficients "α" and "β" used to calculate the control parameter "δ" are calculated by using the integrated-value NOx rising ratio "Xi" and the integrated-value smoke rising ratio "Yi" the ratio of the NOx increase ratio "Xi" of the integrated value with respect to the smoke increase ratio "Yi" of the integrated value is controlled to the target ratio "α0 / β0". As a result, it is possible to perform not only the external EGR control by reflecting the driver's behavior for the vehicle travel, but also the emission characteristic in the
engine 10 suitable to meet the regulatory requirements for emission.
(Modifikationen) (Modifications)
Die voranstehend beschriebene Ausführungsform kann auf die folgenden Weisen modifiziert werden.
- (M-1) Ein Verfahren zum Quantifizieren von Anstiegsraten (wie z. B. des NOx-Anstiegsverhältnisses ”ΔNOx” und des Rauchanstiegsverhältnisses ”ΔPM”) sollte orm bnicht auf das Verfahren der voranstehend beschriebenen Ausführungsfegrenzt sein. Zum Beispiel können die Anstiegsraten auf die folgenden Weisen berechnet werden. Die Anstiegsrate für das NOx kann als ein Wert definiert sein, der durch das Subtrahieren des geschätzten NOx-Werts von dem NOx-Sollwert berechnet wird. Die Anstiegsrate für den Rauch kann ähnlich als ein Wert definiert sein, der durch das Subtrahieren des geschätzten Rauchwerts von dem Sollrauchwert berechnet wird. In diesem Fall wird die externe EGR-Menge so gesteuert, dass jeder der aktuellen Werte für die entsprechenden Anstiegsraten gesteuert werden kann, kleiner zu sein als ein vorbestimmter Wert.
- (M-1) A method for quantifying increase rates (such as the NOx increase ratio "ΔNOx" and the smoke increase ratio "ΔPM") should not be limited to the method of the embodiment described above. For example, the slew rates can be calculated in the following ways. The rate of increase for the NOx may be defined as a value calculated by subtracting the estimated NOx value from the NOx setpoint. Similarly, the rate of increase for the smoke may be defined as a value calculated by subtracting the estimated smoke value from the desired smoke value. In this case, the external EGR amount is controlled so that each of the current values for the respective increase rates can be controlled to be smaller than a predetermined value.
Zusätzlich muss ein Bezugswert, der verwendet wird, wenn die Anstiegsraten für das NOx und den Rauch quantifiziert werden, nicht auf den voranstehend beschriebenen Sollwert begrenzt sein (den NOx-Sollwert, den Rauchsollwert). Wenn z. B. der Bezugswert als Null definiert ist, entsprechen sowohl die NOx-Anstiegsrate wie auch die Rauchanstiegsrate dem geschätzten NOx-Wert und dem geschätzten Rauchwert. Deswegen kann die externe EGR-Menge so ausgeführt werden, dass ein Wert, der durch das Dividieren des geschätzten NOx-Werts durch den geschätzten Rauchwert berechnet wird, gesteuert werden kann, ein Sollwert zu sein.In addition, a reference value used when quantifying the increase rates for the NOx and the smoke need not be limited to the above-described target value (the NOx target value, the smoke target value). If z. For example, when the reference value is defined as zero, both the NOx increase rate and the smoke increase rate correspond to the estimated NOx value and the estimated smoke value. Therefore, the external EGR amount may be performed so that a value calculated by dividing the estimated NOx value by the estimated smoke value may be controlled to be a target value.
Darüber hinaus kann die NOx-Anstiegsrate und die Rauchanstiegsrate quantifiziert werden, wie folgt:
Ein Sollwert für die Abgassauerstoffkonzentration und ein Sollwert für die Einlassgassauerstoffkonzentration, gemäß dem die Rauchemission und die NOx-Emission entsprechend gesteuert werden, niedriger als die Grenzwerte zu sein, werden entsprechend für jeden Betriebszustand der Maschine eingestellt. Die Rauchanstiegsrate kann als Variation zwischen einem geschätzten Wert und dem Sollwert für die Abgassauerstoffkonzentration definiert sein, während die NOx-Anstiegsrate als Variation zwischen einem geschätzten Wert und dem Sollwert für die Einlassgassauerstoffkonzentration definiert sein kann. Ein Verfahren zum Anpassen der externen EGR-Menge wird weiter erläutert, wenn die voranstehenden Anstiegsraten als Eingangsinformation verwendet werden. Die NOx-Anstiegsrate wird durch das Subtrahieren des Sollwerts für die Einlassgassauerstoffkonzentration von dem geschätzten Wert für die Einlassgassauerstoffkonzentration berechnet, während die Rauchanstiegsrate durch das Subtrahieren des Sollwerts für die Abgassauerstoffkonzentration von dem geschätzten Wert der Abgassauerstoffkonzentration berechnet wird. Dann wird die externe EGR-Menge so eingestellt, dass ein Verhältnis dieser Anstiegsraten ein Sollverhältnis sein wird.
- (M-2) Gemäß der voranstehenden Ausführungsform werden die aktuellen Werte für die Rauchemission und die NOx-Emission entsprechend durch den RauchB2 gemissionsschätzabschnitt B3 und den NOx-Emissionsschätzabschnitt eschätzt. Jedoch können Sensoren in
dem Abgasdurchtritt 36 zwischen derMaschine 10 und dem Abgasreinigungsgerät 42 bereitgestellt sein, um entsprechend die Rauchemission und die NOx-Emission zu erfassen. - (M-3) Gemäß der voranstehenden Ausführungsform wird jede der Konzentrationen aus der Einlassgassauerstoffkonzentration und der Abgassauerstoffkonzentauration durch den Serstoffkonzentrationsschätzabschnitt (B1) geschätzt. Jedoch kann ein Sensor (ein A/F-Sensor) zum Erfassen der Einlassgassauerstoffkonzentration und der Abgassauerstoffkonzentration bereitgestellt sein.
- (M-4) Gemäß der voranstehenden Ausführungsform wird die externe EGR-Menge durch das Steuern des Öffnungsgrads des EGR-
Ventils 48 angepasst. Jedoch kann die externe EGR-Menge durch das Steuern des Öffnungsgrads des Drosselventils20 durch die Steuerung der Leistungszufuhr zu dem Stellglied20a angepasst werden. In einem derartigen Vorgang wird der Druck indem Speichertank 22 verringert werden, da der Öffnungsgrad des Drosselventils20 kleiner wird. Deswegen wird die externe EGR-Mengezu dem Einlassluftdurchtritt 12 über den Hochdruck-EGR-Durchtritt 45 größer. Alternativ kann die externe EGR-Menge durch das Steuern des Öffnungsgrads des Abgasdrosselventils52 durch die Steuerung der Leistungszufuhr zudem abgasseitigen Stellglied 52a angepasst werden. In diesem Vorgang wird der Druck indem Abgasdurchtritt 36 an der stromaufwärts liegenden Seite des Abgasdrosselventils52 erhöht, da der Öffnungsgrad des Abgasdrosselventils52 kleiner wird. Deswegen wird die externe EGR-Mengezu dem Einlassluftdurchtritt 12 über den Niederdruck-EGR-Durchtritt 45 größer. - (M-5) Ein Verfahren zum Einstellen der Grenzwerte muss nicht auf das der voranstehenden Ausführungsform begrenzt sein. In einem Fall eines entsprechenden Einstellens der Grenzwerte für die Rauchemission und die NOx-Emission an der stromabwärts liegenden Seite des Abgasreinigungsgeräts
42 kann jeder der Grenzwerte auf einen kleineren Wert eingestellt sein, da ein Reinigungsgraddurch das Abgasreinigungsgerät 42 für den Rauch und das NOx größer wird. - (M-6) Ein Verfahren zum Berechnen des Steuerparameters ”δ” muss nicht auf das der voranstehenden Ausführungsform begrenzt sein. Zum Beispiel kann das Steuerparameter ”δ” durch die folgende Gleichung (c4) berechnet werden, so dass das Verhältnis des NOx-Anstiegsverhältnisses ”Xi” des integrierten Werts mit Bezug auf das Rauchanstiegsverhältnis ”Yi” des integrierten Werts auf das Sollverhältnis ”α0/β0” gesteuert wird:
”δ = β0 × Xi – α0 × Yi” (c4) - (M-7) Die Brennkraftmaschine, mit der die vorliegende Erfindung angewendet wird, sollte nicht auf die Maschine der Art mit Verdichtungszündung begrenzt sein. Die Erfindung kann auf eine Maschine der Art mit Funkenzündung angewendet werden, wie z. B. auf eine Benzinmaschine der Art mit direkter Einspritzung.
An exhaust gas oxygen concentration setpoint and an intake gas oxygen concentration setpoint according to which the smoke emission and the NOx emission are respectively controlled to be lower than the thresholds are set correspondingly for each operating state of the engine. The smoke rise rate may be defined as a variation between an estimated value and the target exhaust gas oxygen concentration, while the NOx increase rate may be defined as a variation between an estimated value and the intake gas oxygen concentration setpoint. A method for adjusting the external EGR amount will be further explained when the above slew rates are used as input information. The NOx increase rate is calculated by subtracting the intake gas oxygen concentration setpoint from the estimated intake oxygen concentration value while calculating the smoke increase rate by subtracting the exhaust oxygen concentration setpoint from the estimated exhaust oxygen concentration value. Then, the external EGR amount is adjusted so that a ratio of these increase rates will be a target ratio.
- (M-2) According to the above embodiment, the actual values for the smoke emission and the NOx emission are respectively estimated by the smoke B 2 emission estimation section B 3 and the NOx emission estimation section. However, sensors may be in the
exhaust passage 36 between themachine 10 and theemission control device 42 be provided to detect the smoke emission and the NOx emission accordingly. - (M-3) According to the above embodiment, each of the concentrations of the intake-gas oxygen concentration and the exhaust-gas oxygen concentration is estimated by the fuel-concentration-estimated section (B1). However, a sensor (an A / F sensor) for detecting the intake gas oxygen concentration and the exhaust oxygen concentration may be provided.
- (M-4) According to the above embodiment, the external EGR amount is controlled by controlling the opening degree of the
EGR valve 48 customized. However, the external EGR amount may be controlled by controlling the opening degree of thethrottle valve 20 by controlling the power supply to the actuator20a be adjusted. In such a process, the pressure in the storage tank becomes22 be reduced, since the opening degree of thethrottle valve 20 gets smaller. Because of this, the external EGR amount becomes theintake air passage 12 via the highpressure EGR passage 45 greater. Alternatively, the external EGR amount may be controlled by controlling the opening degree of theexhaust throttle valve 52 by controlling the power supply to theexhaust side actuator 52a be adjusted. In this process, the pressure in theexhaust passage 36 on the upstream side of theexhaust throttle valve 52 increases, since the opening degree of theexhaust throttle valve 52 gets smaller. Because of this, the external EGR amount becomes theintake air passage 12 via the lowpressure EGR passage 45 greater. - (M-5) A method of setting the thresholds need not be limited to that of the above embodiment. In a case of appropriately setting the smoke emission limit and NOx emission limits on the downstream side of the exhaust
gas purifying apparatus 42 Each of the limits can be set to a smaller value because a degree of purification by theexhaust gas purifier 42 becomes larger for the smoke and the NOx. - (M-6) A method of calculating the control parameter "δ" need not be limited to that of the above embodiment. For example, the control parameter "δ" may be calculated by the following equation (c4) so that the ratio of the NOx increase ratio "Xi" of the integrated value with respect to the smoke increase ratio "Yi" of the integrated value to the target ratio "α0 / β0 "Is controlled:
"Δ = β0 × Xi - α0 × Yi" (c4) - (M-7) The internal combustion engine to which the present invention is applied should not be limited to the compression ignition type engine. The invention may be applied to a spark ignition type engine, such as a spark ignition engine. B. on a gasoline engine of the type with direct injection.
Eine ECU (
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
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Effective date: 20140909 |
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