JP2004092471A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ制御とＶＮＴ制御との安定性を確保でき、且つ加速性及び排ガス特性を向上できること。
【解決手段】ＥＣＵ８は、エンジン１の運転状態（過渡状態と定常状態）を判定する運転状態判定手段８ａと、ＶＮＴ２のＦ／Ｂ制御に対するＦ／Ｂゲインを算出するゲイン算出手段８ｂとを有している。このゲイン算出手段８ｂは、過渡時（特に加速時）には、加速性を優先してＶＮＴ２の応答が速くなる様に、大きなＦ／Ｂゲインを算出し、定常時は、ＥＧＲ制御とＶＮＴ制御との安定性を優先してＶＮＴ２の応答を加速時より十分に遅くなる様に、小さなＦ／Ｂゲインを算出する。その結果、加速時等の過渡時には、ＶＮＴ２の応答が速くなり、過給力が高まることで加速性が向上する。また、定常時には、加速時と比較してＶＮＴ２の応答が遅くなるため、排圧の急激な変動が無く、ＥＧＲ制御との干渉を防止できるので、排ガス特性が向上する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過給圧とＥＧＲ量の双方を制御する内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、可変容量型の過給機（ＶＮＴと呼ぶ）を有するエンジンにおいて、排気ガスの一部を吸気系に戻すＥＧＲを実施するものが知られている。
ＶＮＴは、翼開度（絞り量）に応じて過給圧を可変するもので、例えば過給圧センサで検出される実際の過給圧が目標過給圧に収束する様に翼開度をフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御するものが知られている。
ＥＧＲは、ＥＧＲ通路の開口割合を調節するＥＧＲバルブを有し、例えばエアフロメータにて計測される実際の吸入空気量が目標吸入空気量に収束する様に、ＥＧＲバルブの開度をＦ／Ｂ制御するものが知られている。
【０００３】
ここで、ＥＧＲの制御は、排気側と吸気側との圧力差を利用して行われるため、ＥＧＲバルブの開度が一定であっても、過給圧の変動に伴ってＥＧＲ量が変化し、目標値からずれてしまう。これに対し、ＥＧＲ量を目標値に合わせ込もうとしてＥＧＲバルブが反応すると、ＶＮＴの制御量（例えば過給圧）に影響が生じてしまう。この様に、ＶＮＴとＥＧＲの両方を制御した場合、双方の制御量が影響し合うため、ＶＮＴとＥＧＲの両方を安定して制御することが困難である。
このため、従来では、ＶＮＴの過給圧Ｆ／Ｂ制御を行う場合は、ＥＧＲ制御を実施していない領域に限られ、一方、ＥＧＲの制御領域でＶＮＴを制御する場合は、エンジンの運転条件毎に最適な過給圧を確保できる様、予め設定された絞り量に翼開度を操作するオープン制御が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＶＮＴをオープン制御した場合、機差や経年変化等によって過給機の翼開度にバラツキが生じると、目標過給圧への収束性が悪化する。
また、エンジンの運転状態が変化する過渡時等に目標過給圧が急激に変化した場合には、吸気圧センサで検出される実過給圧が目標過給圧に素早く到達できないため、十分な加速性と排ガス特性を得られないという問題があった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、ＥＧＲ制御とＶＮＴ制御との安定性を確保でき、且つ加速性及び排ガス特性を向上できる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の発明）
本発明は、過給機の翼開度及びＥＧＲ装置のバルブ開度を制御する内燃機関の制御装置であって、実際の吸入空気量と目標吸入空気量との偏差に応じてＥＧＲ装置のバルブ開度をフィードバック制御するＥＧＲ制御手段と、実際の過給圧と目標過給圧との偏差に応じて過給機の翼開度をフィードバック制御する過給機制御手段と、内燃機関の運転状態が過渡状態か定常状態かを判定する運転状態判定手段とを備え、過給機制御手段は、内燃機関の運転状態が過渡状態と判定された場合と定常状態と判定された場合とで、それぞれの運転状態に応じたフィードバックゲインを使用することを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、内燃機関の運転状態が過渡状態の時（特に加速時）は、加速性を優先して、ＶＮＴの応答を速くするフィードバックゲインを使用し、定常状態の時は、ＥＧＲ制御とＶＮＴ制御との安定性を優先して、ＶＮＴの応答を加速時より遅くするフィードバックゲインを使用することができる。
これにより、加速時の加速性が向上し、且つ定常時には制御の安定性が確保されて排ガス特性が向上する。
【０００７】
（請求項２の発明）
請求項１に記載した内燃機関の制御装置において、
過給機制御手段は、内燃機関の運転状態に応じたフィードバックゲインを算出するゲイン算出手段を有し、その算出されるフィードバックゲインは、過渡状態の時より定常状態の時の方が小さい値であることを特徴とする。
これにより、加速時等の過渡時には、ＶＮＴの応答が速くなり、過給力が高まることで加速性が向上する。また、定常時にはＶＮＴの応答が遅くなるため、排圧の急激な変動が無く、ＥＧＲ制御との干渉を防止できる。
【０００８】
（請求項３の発明）
請求項１または２に記載した内燃機関の制御装置において、
運転状態判定手段は、実際の過給圧と目標過給圧との偏差が所定値以上の時に過渡状態と判定することを特徴とする。
フィードバック制御量は、目標値との偏差によって決定されるため、その偏差の大きさによって過渡状態か定常状態かを判定することができる。
【０００９】
（請求項４の発明）
請求項３に記載した内燃機関の制御装置において、
運転状態判定手段にて使用される所定値は、過給機及び吸気圧センサの機差や経年変化等により生じる過給圧のバラツキ量を考慮して決定されることを特徴とする。
過給機や吸気圧センサのバラツキにより生じる目標値との偏差以内に判定値（所定値）を設定すると、上記バラツキによる目標値とのずれを解消できなくなり、制御性が悪化する。そのため、バラツキ量に応じて判定値をスライドさせることにより、誤った判定を行う可能性を除去できる。
【００１０】
（請求項５の発明）
請求項１または２に記載した内燃機関の制御装置において、
運転状態判定手段は、目標過給圧の変化量が所定値以上の時に過渡状態と判定することを特徴とする。
この場合、目標過給圧の変化量だけで運転状態を判定できるので、判定ロジックを簡易化できる。
【００１１】
また、実過給圧（吸気圧センサの検出値）と目標過給圧との偏差によって運転状態を判定すると、吸気圧センサに入り込むノイズ等により実過給圧と目標過給圧との偏差が振動した時に、フィードバック制御の切替えが煩雑に行われる可能性がある。これに対し、目標過給圧の変化量だけで運転状態を判定すれば、フィードバック制御の切替えが煩雑に行われることを防止できる。
【００１２】
（請求項６の発明）
請求項２に記載した内燃機関の制御装置において、
ゲイン算出手段は、内燃機関の回転数や噴射量等の運転条件に応じてベースゲインを算出するベースゲイン算出手段と、内燃機関の運転状態（過渡状態と定常状態）に応じてモードゲインを算出するモードゲイン算出手段とを有し、ベースゲインをモードゲインで補正してフィードバックゲインを算出することを特徴とする。
この場合、内燃機関の運転状態（過渡状態と定常状態）に係わらず、回転数や噴射量等の運転条件に応じてベースゲインを求めているので、ゲインを設定する際の適合工数を大幅に低減でき、且つメモリ容量を低減できる効果がある。
【００１３】
（請求項７の発明）
請求項１に記載した内燃機関の制御装置において、
吸入空気量に相関するパラメータとは、Ａ／Ｆ、吸気Ｏ_２濃度、排気Ｏ_２濃度、ＥＧＲ率、ＥＧＲ量の何れか１つであることを特徴とする。
【００１４】
（請求項８の発明）
請求項１に記載した内燃機関の制御装置において、
過給圧に相関するパラメータとは、吸入空気量、Ａ／Ｆ、吸気Ｏ_２濃度、排気Ｏ_２濃度、ＥＧＲ率、ＥＧＲ量の何れか１つであることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は内燃機関の制御系統を示す制御概略図である。
本実施例の内燃機関（エンジン１と呼ぶ）は、可変容量型の過給機（ＶＮＴ２と呼ぶ）とＥＧＲ装置（下述する）とを備える。
エンジン１には、図１に示す様に、シリンダヘッドにインジェクタ３が取り付けられ、図示しないコモンレールに蓄圧された高圧燃料がインジェクタ３から燃焼室１ａに噴射される。
【００１６】
ＶＮＴ２は、エンジン１の排気通路４に設けられる排気タービン２Ａと、吸気通路５に設けられるコンプレッサ２Ｂとで構成され、翼開度（絞り量）に応じて過給圧を可変する。
ＥＧＲ装置は、排気通路４から吸気通路５に排気ガスの一部（ＥＧＲガス）を戻すための装置であり、排気通路４と吸気通路５とを連通するＥＧＲ通路６と、このＥＧＲ通路６の開口割合を調節するＥＧＲバルブ７とを有し、このＥＧＲバルブ７の開度に応じて排気通路４から吸気通路５に還流する排気ガス量（ＥＧＲ量）を可変する。
【００１７】
ＥＧＲ通路６は、排気タービン２Ａより上流側で排気通路４に接続され、コンプレッサ２Ｂより下流側で吸気通路５に接続されている。
ＥＧＲバルブ７は、例えばソレノイドを内蔵するリニア電磁弁であり、ＥＣＵ８より出力されるバルブリフト指令値に応じてリフトすることにより、ＥＧＲ通路６の開口割合を調節する。このＥＧＲバルブ７には、バルブリフト量（ＥＧＲ操作量）を検出するリフト量センサが取り付けられ、検出したバルブリフト量を電気信号に変換してＥＣＵ８に出力する。
【００１８】
吸気通路５には、最上流部に吸入空気を濾過するエアクリーナ（図示しない）が設置され、コンプレッサ２Ｂの上流側に吸入空気量を計測するエアフロメータ９が設けられている。また、コンプレッサ２Ｂの下流側には、吸気スロットル１０が配置され、更に吸気スロットル１０の下流側には、吸気通路５内の吸気圧を検出する吸気圧センサ１１が設けられている。なお、吸気圧センサ１１は、吸気スロットル１０の上流に配置しても良い。
【００１９】
上記のエアフロメータ９及び吸気圧センサ１１で検出される各情報は、それぞれＥＣＵ８に出力される。
ＥＣＵ８は、マイクロコンピュータを主体として構成される電子制御装置であり、図１に示す様に、エンジン１の運転状態（過渡状態と定常状態）を判定する運転状態判定手段８ａと、エンジン１の運転状態に応じてＶＮＴ２のＦ／Ｂ制御に対するＦ／Ｂゲインを算出するゲイン算出手段８ｂ（図３参照）、このゲイン算出手段８ｂにて算出されたＦ／Ｂゲインに基づいてＶＮＴ２の翼開度を制御するＶＮＴ制御手段８ｃ（過渡時のＶＮＴ制御回路と定常時のＶＮＴ制御回路）、及びＥＧＲ装置のバルブ開度（ＥＧＲバルブ７の開度）を制御するＥＧＲ制御手段（図示しない）等を有している。
【００２０】
次に、本実施例の制御内容について説明する。
図２はＶＮＴ２の翼開度を算出するＥＣＵ８の処理手順を示すフローチャートである。
Ｓｔｅｐ１００　…吸気圧センサ１１にて検出される実過給圧と目標過給圧とを読み込み、両者の偏差ΔＰｉｍを算出する。なお、目標過給圧は、エンジン１の運転条件（例えば回転数Ｎｅ　と噴射量Ｑ）に応じて、予めマップ８ｄ（図１参照）に記憶されている。
【００２１】
Ｓｔｅｐ２００　…エンジン１の運転条件からＶＮＴ２のベース翼開度ＶＮＴｂａｓｅ　を読み込む。このベース翼開度ＶＮＴｂａｓｅ　は、予め回転数Ｎｅ　及び噴射量Ｑに適合して定められ、マップ８ｅ（図１参照）に記憶されている。
Ｓｔｅｐ３００　…運転状態判定手段８ａにてエンジン１の運転状態を判定する。ここでは、Ｓｔｅｐ１００　で算出した偏差ΔＰｉｍの絶対値を判定値（所定値）と比較して判定する。なお、図中にも示す様に、判定値にヒステリシスを持たせることにより、Ｆ／Ｂ制御の切替えが煩雑に行われることを防止でき、制御の安定性を図ることができる。
【００２２】
Ｓｔｅｐ４００　（Ｓｔｅｐ３００　で定常状態と判定された時）…ゲイン算出手段８ｂにて定常時のＦ／ＢゲインＫｐを算出する。ここでは、図３に示す様に、エンジン１の運転条件（例えば回転数Ｎｅ　と噴射量Ｑ）に応じて求められるベースゲインＫｐ　ｂａｓｅ　を定常時のモードゲインＫ　ｎｏｒ　で補正してＦ／ＢゲインＫｐを算出する。
ベースゲインＫｐ　ｂａｓｅ　は、運転状態（過渡状態と定常状態）に係わらず共通であり、予め回転数Ｎｅ　と噴射量Ｑとに適合して定められ、ベースゲイン算出マップ８ｆに記憶されている。
定常時のモードゲインＫ　ｎｏｒ　は、ΔＰｉｍに適合して定められ、モードゲイン算出マップ８ｇに記憶されている。
【００２３】
Ｓｔｅｐ５００　（Ｓｔｅｐ３００　で過渡状態と判定された時）…過渡時のＦ／ＢゲインＫｐ　ａｃｃを算出する。ここでは、定常時の場合（Ｓｔｅｐ４００　）と同様に、ベースゲインＫｐｂａｓｅ　を過渡時のモードゲインＫ　ａｃｃ　で補正してＦ／ＢゲインＫｐを算出する。
過渡時のモードゲインＫ　ａｃｃ　は、ΔＰｉｍに適合して定められ、モードゲイン算出マップ８ｈに記憶されている。ここで、過渡時のモードゲインＫ　ａｃｃ　は、定常時のモードゲインＫ　ｎｏｒ　の２．５倍以上が適当である。
Ｓｔｅｐ６００　…Ｓｔｅｐ４００　またはＳｔｅｐ５００　で算出したＦ／ＢゲインＫｐを基にＦ／Ｂ量を算出する。
Ｓｔｅｐ７００　…ＶＮＴ２の翼開度を算出する。ここでは、エンジン１の運転条件毎に設定されたベース翼開度ＶＮＴｂａｓｅ　にＳｔｅｐ６００　で算出したＦ／Ｂ量を加算してＶＮＴ２の翼開度を求める。
【００２４】
（本実施例の効果）
本実施例では、エンジン１の運転状態が過渡状態の時と定常状態の時とで異なるＦ／Ｂゲインを用いてＶＮＴ２の翼開度をＦ／Ｂ制御している。具体的には、過渡時（特に加速時）には、加速性を優先してＶＮＴ２の応答が速くなる様に、大きなＦ／Ｂゲインを使用し、定常時は、ＥＧＲ制御とＶＮＴ制御との安定性を優先してＶＮＴ２の応答を加速時より遅くなる様に、小さなＦ／Ｂゲインを使用している。その結果、加速時等の過渡時には、ＶＮＴ２の応答が速くなり、過給力が高まることで加速性が向上する。また、定常時には、加速時と比較してＶＮＴ２の応答が遅くなるため、排圧の急激な変動が無く、ＥＧＲ制御との干渉を防止できるので、排ガス特性が向上する。
【００２５】
実施例に記載したゲイン算出手段８ｂでは、エンジン１の運転条件毎に設定されるベースゲインと、エンジン１の運転状態（定常状態と過渡状態）に応じて設定されるモードゲインとでＦ／Ｂゲインを算出しているので、定常時と過渡時とで、それぞれエンジン１の運転条件毎にＦ／Ｂゲインを適合させてマップに記憶させる場合と比較して、ゲインを設定する際の適合工数を大幅に低減でき、且つメモリ容量を低減できる効果がある。
【００２６】
（変形例）
上記の実施例では、Ｆ／Ｂゲインとして１つの操作量についてのみ記載したが、例えばＰＩＤ・Ｆ／Ｂを行う場合には、Ｐ項、Ｉ項、Ｄ項それぞれの量に対しても同様にゲインを算出してＦ／Ｂ量を決定しても良い。
上述した運転状態判定手段８ａでは、実過給圧と目標過給圧との偏差ΔＰｉｍを判定値と比較して運転状態を判定しているが、ΔＰｉｍ以外にも、アクセル信号や目標過給圧の変化量及び方向などを用いて判定することも可能である。
【００２７】
また、運転状態判定手段８ａにて使用される判定値（所定値）は、ＶＮＴ２及び吸気圧センサ１１の機差や経年変化等により生じる過給圧のバラツキ量を考慮して決定しても良い。すなわち、ＶＮＴ２や吸気圧センサ１１のバラツキにより生じる目標値との偏差以内に判定値（所定値）を設定すると、上記バラツキによる目標値とのずれを解消できなくなり、制御性が悪化する。そのため、バラツキ量に応じて判定値をスライドさせることより、誤った判定を行う可能性を除去できる。
上記の実施例では、ＶＮＴ２を過給圧に基づいてＦ／Ｂ制御しているが、過給圧以外にも、過給圧に相関する吸入空気量、Ａ／Ｆ、吸気Ｏ_２濃度、排気Ｏ_２濃度、ＥＧＲ率、ＥＧＲ量の何れか１つを使用することも可能である。
【００２８】
上述したゲイン算出手段８ｂでは、図３に示す様に、エンジン１の運転条件毎に設定されるベースゲインを記憶したマップ８ｆと、エンジン１の運転状態（定常状態と過渡状態）に応じて設定されるモードゲインを記憶したマップ８ｇ、８ｈとを使用しているが、例えば図４に示す様に、定常時と過渡時とで、それぞれエンジン１の運転条件（回転数Ｎｅ　と噴射量Ｑ）に適合して求めたＦ／Ｂゲインをマップ８ｉ、８ｊに記憶させ、運転状態に応じてマップ８ｉ、８ｊを切替えても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジンの制御系統を示す制御概略図である。
【図２】ＥＣＵの処理手順を示すフローチャートである。
【図３】Ｆ／Ｂゲインの算出方法を示す説明図である。
【図４】Ｆ／Ｂゲインの別の算出方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１　　エンジン（内燃機関）
２　　ＶＮＴ（可変容量型の過給機）
５　　吸気通路
６　　ＥＧＲ通路（ＥＧＲ装置）
７　　ＥＧＲバルブ（ＥＧＲ装置）
８　　ＥＣＵ（制御装置）
８ａ　運転状態判定手段
８ｃ　ＶＮＴ制御手段（過給機制御手段）
８ｅ　ベースゲイン算出マップ（ベースゲイン算出手段）
８ｆ　定常時のモードゲイン算出マップ（モードゲイン算出手段）
８ｇ　過渡時のモードゲイン算出マップ（モードゲイン算出手段）
９　　エアフロメータ（空気量計測手段）
１１　　吸気圧センサ

Claims (8)

1. 翼開度に応じて過給圧を可変する可変容量型の過給機と、
   バルブ開度に応じて吸気系に還流する排気ガス量（ＥＧＲ量）を可変するＥＧＲ装置とを備える内燃機関に対し、前記過給機の翼開度及び前記ＥＧＲ装置のバルブ開度を制御する制御装置であって、
   吸気通路内に吸入される空気量を計測する空気量計測手段と、
   前記吸気通路内の吸気圧を検出する吸気圧センサと、
   実際の吸入空気量（前記空気量計測手段の計測値）と前記内燃機関の運転条件に応じて予め決められている目標吸入空気量との偏差、または前記吸入空気量に相関するパラメータとその目標値との偏差に応じて前記ＥＧＲ装置のバルブ開度をフィードバック制御するＥＧＲ制御手段と、
   実際の過給圧（前記吸気圧センサの検出値）と前記内燃機関の運転条件に応じて予め決められている目標過給圧との偏差、または前記過給圧に相関するパラメータとその目標値との偏差に応じて前記過給機の翼開度をフィードバック制御する過給機制御手段と、
   前記内燃機関の運転状態が過渡状態か定常状態かを判定する運転状態判定手段とを備え、
   前記過給機制御手段は、前記内燃機関の運転状態が過渡状態と判定された場合と定常状態と判定された場合とで、それぞれの運転状態に応じたフィードバックゲインを使用することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載した内燃機関の制御装置において、
   前記過給機制御手段は、前記内燃機関の運転状態に応じたフィードバックゲインを算出するゲイン算出手段を有し、その算出されるフィードバックゲインは、過渡状態の時より定常状態の時の方が小さい値であることを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項１または２に記載した内燃機関の制御装置において、
   前記運転状態判定手段は、前記実際の過給圧と目標過給圧との偏差が所定値以上の時に過渡状態と判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項３に記載した内燃機関の制御装置において、
   前記運転状態判定手段にて使用される所定値は、前記過給機及び前記吸気圧センサの機差や経年変化等により生じる過給圧のバラツキ量を考慮して決定されることを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項１または２に記載した内燃機関の制御装置において、
   前記運転状態判定手段は、前記目標過給圧の変化量が所定値以上の時に過渡状態と判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項２に記載した内燃機関の制御装置において、
   前記ゲイン算出手段は、
   前記内燃機関の回転数や噴射量等の運転条件に応じてベースゲインを算出するベースゲイン算出手段と、
   前記内燃機関の運転状態（過渡状態と定常状態）に応じてモードゲインを算出するモードゲイン算出手段とを有し、
   前記ベースゲインを前記モードゲインで補正して前記フィードバックゲインを算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 請求項１に記載した内燃機関の制御装置において、
   前記吸入空気量に相関するパラメータとは、Ａ／Ｆ、吸気Ｏ_２濃度、排気Ｏ_２濃度、ＥＧＲ率、ＥＧＲ量の何れか１つであることを特徴とする内燃機関の制御装置。
8. 請求項１に記載した内燃機関の制御装置において、
   前記過給圧に相関するパラメータとは、吸入空気量、Ａ／Ｆ、吸気Ｏ_２濃度、排気Ｏ_２濃度、ＥＧＲ率、ＥＧＲ量の何れか１つであることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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