JP2010229971A - Control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関またはそれに付帯する装置を制御する制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for controlling an internal combustion engine or a device attached thereto.
下記特許文献に開示されている排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）システムは、過給機を備えた内燃機関のＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）を制御するものである。過給圧とＥＧＲ率との間には相互干渉が存在し、１入力１出力のコントローラで過給圧、ＥＧＲ率の両方を同時に制御することは難しい。しかも、内燃機関の運転領域によって応答性が異なる上、過給機にはターボラグ（むだ時間）がある。このような事情から、特許文献１に記載のシステムでは、非線形制御対象に対して有効な制御手法であるスライディングモード制御を採用し、相互作用を考慮した他入力多出力のコントローラを設計してＥＧＲ制御をしている。
An exhaust gas recirculation system disclosed in the following patent document controls an EGR rate (or EGR amount) of an internal combustion engine equipped with a supercharger. There is mutual interference between the supercharging pressure and the EGR rate, and it is difficult to simultaneously control both the supercharging pressure and the EGR rate with a one-input one-output controller. In addition, the responsiveness varies depending on the operation region of the internal combustion engine, and the turbocharger has a turbo lag (dead time). Under such circumstances, the system described in
特に、下記特許文献２に記載のシステムでは、ＥＧＲバルブ開度、可変ターボのノズルベーン開度及びＤスロットルバルブ開度を制御入力とし、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力を制御出力とした３入力２出力の制御系を構築している。
In particular, in the system described in
制御入力変数の個数が制御出力変数の個数を上回っている場合、所望の制御出力を達成する制御入力の解が複数存在し得る。つまり、あるＥＧＲ率及び吸気管内圧力を実現する［ＥＧＲバルブ開度，ノズルベーン開度，Ｄスロットルバルブ開度］の組は、一意には定まらない。 When the number of control input variables exceeds the number of control output variables, there can be multiple control input solutions that achieve the desired control output. That is, a set of [EGR valve opening, nozzle vane opening, D throttle valve opening] that achieves a certain EGR rate and intake pipe pressure is not uniquely determined.
そして、コントローラは、制御出力の実測値及び目標値以外の要素を考慮せずに制御入力を演算するため、制御出力の目標収束性以外の性能に不利な制御入力が選択されてしまうことがままある。例えば、ディーゼルエンジンにおいて、Ｄスロットルバルブの開度が不適当に絞られてしまう制御入力が選択されると、燃費の悪化や燃焼不安定等を招くおそれがある。そのため、制御出力と目標値との偏差が比較的小さい時期には、Ｄスロットルバルブの開度操作をコントローラに委ねることを避けたいという要求があった。 Since the controller calculates the control input without considering elements other than the actually measured value and the target value of the control output, a control input that is unfavorable for performance other than the target convergence of the control output is still selected. is there. For example, in a diesel engine, if a control input that causes the opening of the D throttle valve to be throttled inappropriately is selected, there is a risk that fuel consumption will deteriorate or combustion may become unstable. For this reason, there has been a demand to avoid entrusting the opening operation of the D throttle valve to the controller when the deviation between the control output and the target value is relatively small.
上記の問題に着目してなされた本発明は、多入力多出力の制御において、ある特定の操作部につき、偏差の大きい過渡期以外の時期にはその動作を抑制できるようにすることを所期の目的とする。 The present invention, which has been made by paying attention to the above problems, is intended to be able to suppress the operation of a specific operation unit at a time other than a transition period where the deviation is large in a control of multiple inputs and multiple outputs. The purpose.
本発明では、内燃機関またはそれに付帯する装置を複数の操作部を操作して制御するものであって、各操作部に与えるべき制御入力を反復的に演算するサーボコントローラと、制御出力が一定となる条件下での、特定の操作部に係る制御入力と他の操作部に係る制御入力との関係を示すマップを記憶する換算マップ記憶部と、制御出力とその目標値との偏差が増大する所定の事象が発生したとき以外の時期に、前記特定の操作部に与える制御入力を前記サーボコントローラが算出する制御入力値とは無関係の値に設定するとともに、その設定した値をキーとして前記マップを検索し前記他の操作部に与える制御入力値を知得する補正制御部とを具備することを特徴とする制御装置を構成した。このようなものであれば、特定の操作部（例えば、Ｄスロットルバルブ）に与える制御入力をサーボコントローラの演算結果によらない値に固定することが可能となり、特定の操作部をサーボコントローラの支配下から開放できる。 In the present invention, an internal combustion engine or a device attached thereto is controlled by operating a plurality of operation units, a servo controller that repeatedly calculates a control input to be given to each operation unit, and a control output is constant. The conversion map storage part which memorize | stores the map which shows the relationship between the control input which concerns on the specific operation part, and the control input which concerns on the other operation part on the conditions which become, and the deviation of a control output and its target value increases At a time other than when a predetermined event occurs, the control input given to the specific operation unit is set to a value unrelated to the control input value calculated by the servo controller, and the set value is used as a key for the map And a correction control unit that knows a control input value to be given to the other operation unit. In this case, it becomes possible to fix the control input given to a specific operation unit (for example, D throttle valve) to a value that does not depend on the calculation result of the servo controller. It can be opened from below.
本発明は、ディーゼルエンジンに付帯するＥＧＲ装置のＥＧＲ率若しくはＥＧＲ量を制御するシステムへの適用に好適である。この場合、ディーゼルエンジンに実装されたＤスロットルバルブが、前記特定の操作部となる。 The present invention is suitable for application to a system for controlling an EGR rate or an EGR amount of an EGR device attached to a diesel engine. In this case, the D throttle valve mounted on the diesel engine is the specific operation unit.
本発明によれば、多入力の制御系において、ある特定の操作部につき、偏差の大きい過渡期以外の時期にはその動作を抑制することができるようになる。 According to the present invention, in a multi-input control system, the operation of a specific operation unit can be suppressed at a time other than a transition period in which a deviation is large.
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に示すものは、本発明の適用対象の一であるＥＧＲシステムである。内燃機関２に付帯するこのＥＧＲシステムは、吸排気系３、４における複数の流体圧または流量に関する値を検出するための計測器（または、センサ）１１、１２と、それらの値に目標値を設定し、各値を目標値に追従させるべく複数の操作部４５、４２、３３を操作する制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５とを具備してなる。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. What is shown in FIG. 1 is an EGR system that is one of the objects to which the present invention is applied. This EGR system attached to the
内燃機関２は、例えば過給機を備えたディーゼルエンジンである。内燃機関２の吸気系３には、可変ターボのコンプレッサ３１を配設するとともに、その下流に吸気冷却用のインタークーラ３２、及び吸入空気（新気）量を調節するＤスロットルバルブ３３を設ける。また、吸入空気量を計測する流量計１１、吸気管内圧力を計測する圧力計１２をそれぞれ設置する。
The
内燃機関２の排気系４には、コンプレッサ３１を駆動するタービン４１を配設し、タービン４１の入口には過給機のＡ／Ｒ比を増減させるためのノズルベーン４２を設ける。そして、内燃機関２の燃焼室より排出される排気ガスの一部を吸気系３に還流させるＥＧＲ通路４３を形成する。ＥＧＲ通路４３は、吸気系３におけるスロットルバルブ３３よりも下流に接続する。ＥＧＲ通路４３には、排気冷却用のＥＧＲクーラ４４と、通過する排気ガス（ＥＧＲガス）量を調節する外部ＥＧＲバルブ４５とを設ける。
The
本実施形態では、ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）と、吸気管内圧力とについて各々目標値を設定し、双方の制御量を一括に目標値に向かわせるべく複数の操作部、即ちＥＧＲバルブ４５、可変ターボのノズル４２及びスロットルバルブ３３を操作する制御を実施する。
In the present embodiment, a target value is set for each of the EGR rate (or EGR amount) and the intake pipe pressure, and a plurality of operation units, that is, an
ＥＧＲバルブ４５、ノズルベーン４２、スロットルバルブ３３は、ＥＣＵ５により統御されてその開度をリニアに変化させる。各操作部４５、４２、３３は、駆動信号のデューティ比を増減させることで開度を変える電気式のバルブや、あるいはバキュームコントロールバルブ等と組み合わされ弁体のリフト量を制御して開度を変える機械式のバルブ等を用いてなる。
The
ＥＣＵ５は、プロセッサ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）またはフラッシュメモリ、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路等を包有するマイクロコンピュータである。ＥＣＵ５は、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力を検出するための計測器１１、１２の他、エンジン回転数、アクセルペダルの踏込量、冷却水温、吸気温、外部の気温等を検出する各種計測器（図示せず）と電気的に接続し、これら計測器から出力される信号を受け取って各値を知得することができる。
The ECU 5 is a microcomputer including a processor, a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory) or a flash memory, an A / D conversion circuit, a D / A conversion circuit, and the like. In addition to the
因みに、本実施形態では、ＥＧＲ率を直接計測していない。内燃機関２のシリンダに入る空気量は、可変ターボのノズル開度を基に予測することが可能である。その空気量の予測値をｇcylとおき、流量計１１で計測される吸入空気量をｇaとおくと、推定ＥＧＲ率ｅegrについて、ｅegr＝１−ｇa／ｇcylなる関係が成立する。ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、可変ターボのノズル開度とシリンダに入る空気量との関係を定めたマップデータが記憶されている。ＥＣＵ５は、可変ターボのノズル開度をキーとしてマップを検索し、シリンダに入る空気量の予測値を得、これと吸入空気量とを上記式に代入してＥＧＲ率を算出する。
Incidentally, in this embodiment, the EGR rate is not directly measured. The amount of air entering the cylinder of the
並びに、ＥＣＵ５は、ＥＧＲバルブ４５、可変ターボのノズル４２、スロットルバルブ３３や、燃料噴射を司るインジェクタ及び燃料ポンプ等（図示せず）と電気的に接続しており、これらを駆動するための信号を入力することができる。
In addition, the ECU 5 is electrically connected to the
ＥＣＵ５で実行するべきプログラムはＲＯＭまたはフラッシュメモリに予め記憶されており、その実行の際にＲＡＭへ読み込まれ、プロセッサによって解読される。ＥＣＵ５は、プログラムに従い内燃機関２を制御する。例えば、エンジン回転数、アクセルペダルの踏込量、冷却水温等の諸条件に基づき要求される燃料噴射量（いわば、エンジン負荷）を決定し、その要求噴射量に対応する駆動信号をインジェクタ等に入力して燃料噴射を制御する。その上で、ＥＣＵ５は、プログラムに従い、図２及び図３に示すサーボコントローラ５１、換算マップ記憶部５２及び補正制御部５３としての機能を発揮する。
A program to be executed by the
サーボコントローラ５１は、スライディングモードコントローラであって、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力のスライディングモード制御を担う。フィードバック制御時、ＥＣＵ５は、各種計測器（図示せず）が出力する信号を受け取ってエンジン回転数、アクセル踏込量、冷却水温、吸気温、外部の気温及び気圧等を知得し、要求噴射量を決定する。続いて、少なくともエンジン回転数及び要求噴射量に基づき、目標ＥＧＲ率及び目標吸気管内圧力を設定する。ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、エンジン回転数及び要求噴射量に応じて設定するべき各目標値を示すマップデータが記憶されている。ＥＣＵ５は、エンジン回転数及び要求噴射量をキーとしてマップを検索し、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力の目標値を得る。さらに、マップを参照して得た目標値を基本値とし、これを冷却水温、吸気温、外部の気温や気圧等に応じて補正して最終的な目標値とする。
The
そして、ＥＣＵ５は、計測器１１、１２が出力する信号を受け取ってＥＧＲ率及び吸気管内圧力の現在値を知得し、各制御量の現在値と目標値との偏差からＥＧＲバルブ４５の開度、可変ターボのノズル４２の開度及びスロットルバルブ３３の開度を演算して、各々の操作量に対応する駆動信号をそれら操作部４５、４２、３３に入力、開度を操作する。
Then, the
ＥＧＲ率の適応スライディングモード制御に関して補記する。状態方程式及び出力方程式は、下式（数１）の通りである。 A supplementary explanation will be given regarding adaptive sliding mode control of the EGR rate. The state equation and the output equation are as shown in the following equation (Equation 1).
本実施形態では、状態量ベクトルＸを出力ベクトルＹから直接知得できる構造とする、換言すれば計測器１１、１２を介して検出可能な値を直接の制御対象とすることにより、状態推定オブザーバを排して推定誤差に伴う制御性能の低下を予防している。出力行列Ｃは既知、本実施形態では単位行列とする。
In this embodiment, the state quantity vector X has a structure that can be directly obtained from the output vector Y. In other words, a value that can be detected via the measuring
プラントのモデル化、即ち状態方程式（数１）における係数行列Ａ及び入力行列Ｂの同定にあたっては、各操作部４５、４２、３３に様々な周波数からなるＭ系列信号を入力して開度を操作し、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力の値を観測して、その入出力データから行列Ａ、Ｂを同定する。各操作部４５、４２、３３に入力するＭ系列信号は、互いに無相関なものとする。これにより、各値の相互干渉を考慮したモデルを作成することができる。
In plant modeling, that is, identification of the coefficient matrix A and the input matrix B in the state equation (Equation 1), the opening degree is manipulated by inputting M-sequence signals having various frequencies to the
図３に、本実施形態の適応スライディングモード制御系のブロック線図を示す。スライディングモードコントローラ５１の設計手順には、切換超平面の設計と、状態量を切換超平面に拘束するための非線形切換入力の設計とが含まれる。１形のサーボ系を構成するべく、当初の状態量ベクトルＸに、目標値ベクトルＲと出力ベクトルＹとの偏差の積分値ベクトルＺを付加した新たな状態量ベクトルＸeを定義すると、下式（数２）に示す拡大系の状態方程式を得る。
FIG. 3 shows a block diagram of the adaptive sliding mode control system of the present embodiment. The design procedure of the sliding
安定余裕を考慮し、切換超平面の設計にはシステムの零点を用いた設計手法を用いる。即ち、上式（数２）の拡大系がスライディングモードを生じているときの等価制御系が安定となるように超平面を設計する。切換関数σを式（数３）で定義すると、状態が超平面に拘束されている場合にσ＝０かつ式（数４）が成立する。 In consideration of the stability margin, the design method using the zero of the system is used to design the switching hyperplane. That is, the hyperplane is designed so that the equivalent control system is stable when the expansion system of the above equation (Equation 2) is generating the sliding mode. When the switching function σ is defined by Expression (Expression 3), σ = 0 and Expression (Expression 4) holds when the state is constrained to the hyperplane.
故に、スライディングモードが生じているときの線形入力（等価制御入力）は、下式（数５）となる。 Therefore, the linear input (equivalent control input) when the sliding mode occurs is expressed by the following equation (Equation 5).
上式（数５）の線形入力を拡大系の状態方程式（数２）に代入すると、下式（数６）の等価制御系となる。 Substituting the linear input of the above equation (Equation 5) into the state equation (Equation 2) of the expanded system results in an equivalent control system of the following equation (Equation 6).
この等価制御系が安定になるように超平面を設計することと、目標値Ｒを無視した系に対して設計することとは等価であるので、下式（数７）が成立する。 Since designing a hyperplane so that this equivalent control system is stable is equivalent to designing a system ignoring the target value R, the following equation (Equation 7) holds.
上式（数７）の系に対して安定度εを考慮し、最適制御理論を用いてフィードバックゲインを求め、それを超平面とすると、下式（数８）となる。 Taking the stability ε into consideration for the system of the above equation (Equation 7), obtaining the feedback gain using the optimal control theory, and making it a hyperplane, the following equation (Equation 8) is obtained.
行列Ｐsは、リカッチ方程式（数９）の正定解である。 The matrix P s is a positive definite solution of the Riccati equation (Equation 9).
リカッチ方程式（数９）におけるＱsは制御目的の重み行列で、非負定な対称行列である。ｑ1、ｑ2は偏差の積分Ｚに対する重みであり、制御系の周波数応答の速さの違いにより決定する。ｑ3、ｑ4は出力Ｙに対する重みであり、ゲインの大きさの違いにより決定する。また、リカッチ方程式（数９）におけるＲsは制御入力の重み行列で、正定対称行列である。εは安定余裕係数で、ε≧０となるように指定する。 Q s in the Riccati equation (Equation 9) is a weight matrix for control purposes, and is a non-negative definite symmetric matrix. q 1 and q 2 are weights for the integral Z of the deviation, and are determined by the difference in the speed of the frequency response of the control system. q 3 and q 4 are weights for the output Y, and are determined by the difference in the magnitude of the gain. Further, R s in the Riccati equation (Equation 9) is a weight matrix of the control input and is a positive definite symmetric matrix. ε is a stability margin coefficient and is specified so that ε ≧ 0.
なお、上記式（数８）、（数９）に替えて、以下に示す離散系の超平面構築式（数１０）及び代数リカッチ方程式（数１１）を用いてもよい。 Instead of the above equations (Equation 8) and (Equation 9), the following discrete hyperplane construction equation (Equation 10) and algebraic Riccati equation (Equation 11) may be used.
超平面に拘束するための入力の設計には、最終スライディングモード法を用いる。ここでは、制御入力Ｕを、線形入力Ｕeqと新たな入力即ち非線形入力（非線形制御入力）Ｕnlとの和として、下式（数１２）で表す。 The final sliding mode method is used to design the input for constraining to the hyperplane. Here, the control input U is expressed by the following expression (Equation 12) as the sum of the linear input U eq and a new input, that is, a nonlinear input (nonlinear control input) U nl .
切換関数σを安定させたいので、σについてのリアプノフ関数を下式（数１３）のように選び、これを微分すると式（数１４）となる。 Since it is desired to stabilize the switching function σ, the Lyapunov function for σ is selected as shown in the following equation (Equation 13) and differentiated to obtain the equation (Equation 14).
式（数１２）を式（数１４）に代入すると、下式（数１５）となる。 Substituting the equation (Equation 12) into the equation (Equation 14) yields the following equation (Equation 15).
非線形入力Ｕnlを下式（数１６）とすると、リアプノフ関数の微分は式（数１７）となる。 When the nonlinear input U nl to the following expression (Expression 16), the derivative of the Lyapunov function becomes equation (17).
従って、切換ゲインｋを正とすれば、リアプノフ関数の微分値を負とすることができ、スライディングモードが保証される。このときの制御入力Ｕは、下式（数１８）である。 Therefore, if the switching gain k is positive, the differential value of the Lyapunov function can be negative, and the sliding mode is guaranteed. The control input U at this time is expressed by the following equation (Equation 18).
ηはチャタリング低減のために導入した平滑化係数であって、η＞０である。 η is a smoothing coefficient introduced to reduce chattering, and η> 0.
スライディングモード制御では、状態量を超平面に拘束するために非線形ゲインを大きくする必要がある。だが、非線形ゲインを大きくすると、制御入力にチャタリングが発生する。そこで、モデルの不確かさを、構造が既知でパラメータが未知な確定部分と、構造が未知だがその上界値が既知な不確定部分とに分ける。状態方程式（数１）に不確かさ（ｆ＋Δｆ）を加え、下式（数１９）で表す。 In the sliding mode control, it is necessary to increase the nonlinear gain in order to constrain the state quantity to the hyperplane. However, if the nonlinear gain is increased, chattering occurs in the control input. Therefore, the uncertainty of the model is divided into a definite part whose structure is unknown and whose parameter is unknown, and an uncertain part whose structure is unknown but whose upper bound is known. Uncertainty (f + Δf) is added to the state equation (Equation 1), and is expressed by the following equation (Equation 19).
不確かさの確定部分ｆは、未知パラメータθを同定することで補償される。さすれば、切換ゲインは不確かさの不確定部分Δｆのみにかかることとなり、切換ゲインが不確実成分全体（ｆ＋Δｆ）にかかる場合と比べて制御入力のチャタリングを大幅に低減できる。 The uncertainty determination part f is compensated by identifying the unknown parameter θ. In this case, the switching gain is applied only to the uncertain part Δf of the uncertainty, and the chattering of the control input can be greatly reduced as compared with the case where the switching gain is applied to the entire uncertain component (f + Δf).
制御入力Ｕは、式（数１８）に適応項Ｕadを追加した下式（数２０）となる。 The control input U is represented by the following equation (Equation 20) obtained by adding the adaptive term U ad to the equation (Equation 18).
制御入力（数２０）におけるΓ1は、適応ゲイン行列である。関数ｈは、一般には状態量ｘ及び／または未知パラメータθの関数とするが、本実施形態ではｈをｘ及びθに無関係な単純式、定数とすることにより、ｘを速やかに収束させ、θの適応速度を高めるようにしている。特に、ｈ＝１とした場合、推定パラメータを下式（数２１）に則って同定することができる。 Γ 1 at the control input (Equation 20) is an adaptive gain matrix. The function h is generally a function of the state quantity x and / or the unknown parameter θ. However, in the present embodiment, by making h a simple expression and a constant unrelated to x and θ, x is quickly converged, and θ To increase the adaptation speed. In particular, when h = 1, the estimated parameter can be identified according to the following equation (Equation 21).
本実施形態では、ＥＧＲ率ｙ1及び吸気管内圧力ｙ2を制御出力変数とし、ＥＧＲバルブ４５の開度ｕ1、可変ターボのノズル４２の開度ｕ2及びスロットルバルブ３３の開度ｕ3を制御入力変数とした３入力２出力のフィードバック制御を行う。状態変数の個数（システムの次数）は、当初の系（数１）では出力変数の個数と同じく２、拡大系（数２）では４となる。制御出力及び状態量をこのように特定することで、排気ガスに直接触れる箇所に流量計等の計測器を設置する必要がなくなる。
In the present embodiment, the EGR ratio y 1 and the intake pipe pressure y 2 as a control output variable, the opening degree u 1 of the
尤も、本実施形態のような３入力２出力のシステムでは、ｄｅｔ（ＳＢe）＝０が成立し、行列（ＳＢe）は正則とはならない。そこで、逆行列（ＳＢe）-1を、一般化逆行列として算定する。一般化逆行列には、例えばムーア・ペンローズ型の逆行列（ＳＢe）†を用いる。 However, in a three-input two-output system as in this embodiment, det (SB e ) = 0 holds, and the matrix (SB e ) is not regular. Therefore, the inverse matrix (SB e ) −1 is calculated as a generalized inverse matrix. As the generalized inverse matrix, for example, a Moore-Penrose-type inverse matrix (SB e ) † is used.
換算マップ記憶部５２は、ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリの記憶領域を利用して、制御出力が一定となる条件下での、ＥＧＲバルブに係る制御入力ｕ1とＤスロットルバルブ３３に係る制御入力ｕ3との関係を示す換算マップを記憶する。換算マップの概要を、図５に例示する。本実施形態のスライディングモード制御系では、制御入力変数ｕ1、ｕ2、ｕ3の個数が制御出力変数ｙ1、ｙ2の個数を上回っており、所望の制御出力Ｙを達成する制御入力Ｕの解が複数存在し得る。図５中の曲線は、排気ガス浄化の見地からより重要な制御出力であるＥＧＲ率ｙ1に注目したもので、ＥＧＲ率ｙ1がある値で一定となる［ｕ1，ｕ3］の組を表している。仮に、Ｄスロットルバルブ３３の開度をスライディングモードコントローラ５１の算出値ｕ3とは異なる値ｕ3’に操作したとしても、ＥＧＲバルブ４５の開度を換算マップ上でｕ3’と組となっている値ｕ1’に操作することにより、同一のＥＧＲ率ｙ1を実現することが可能である。
The conversion
しかして、補正制御部５３は、スライディングモードコントローラ５１が反復的に演算している制御入力Ｕを補正する。本実施形態では、ＥＧＲ率及び／または吸気管内圧力の偏差が大きい過渡期にはＤスロットルバルブ３３を開閉して速やかに偏差を縮小させるが、それ以外の時期にはＤスロットルバルブ３３の動作を抑制、特にＤスロットルバルブ３３の開度をできるだけ大きく開けたままにして燃費及び燃焼安定性の向上を図ることに主眼を置いている。そのために、補正制御部５３は、制御出力の偏差が増大する所定の事象が発生したとき以外の時期に、スライディングモードコントローラ５１が算出したＤスロットルバルブ３３に係る制御入力値ｕ3、及びＥＧＲバルブ４５に係る制御入力値ｕ1に補正を加える。
Accordingly, the
所定の事象とは、例えば、アクセルの踏み込み量の変動や、要求燃料噴射量の変動その他のＥＧＲ率及び／または吸気管内圧力の目標値の変更を生じさせる事象をいう。補正制御部５３は、アクセル踏み込み量の変化量、燃料噴射量の変化量または目標値の変化量が所定の閾値を越えたときに、所定の事象が発生したものと判断する。所定の事象が発生してしばらくの間は偏差の大きい過渡期にあるので、補正制御部５３は制御入力ｕ1及びｕ3の補正を実行しない。結果、スライディングモードコントローラ５１が算出した制御入力値ｕ1、ｕ2、ｕ3通りにＥＧＲバルブ４５、ノズルベーン４２及びＤスロットルバルブ３３の開度が操作されることとなる。
The predetermined event is, for example, an event that causes a change in the accelerator depression amount, a change in the required fuel injection amount, or other changes in the target value of the EGR rate and / or the intake pipe pressure. The
翻って、所定の事象の発生から所定時間以上が経過し、偏差が充分に縮小したと考えられる定常期において、補正制御部５３は、Ｄスロットルバルブ３３に与える制御入力をスライディングモードコントローラ５１が算出した制御入力値ｕ3とは無関係な値ｕ3’に設定する。この制御入力値ｕ3’は、内燃機関２またはそれに付帯する装置の現在状況に関する指標値に応じたものとする。指標値は、例えばエンジン回転数及び燃料噴射量である。
On the other hand, in a stationary period where a predetermined time or more has elapsed since the occurrence of a predetermined event and the deviation is considered to be sufficiently reduced, the
ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、エンジン回転数及び燃料噴射量と、定常期に設定するべき制御入力値ｕ3’との関係を定めたマップが記憶されている。マップの概要を、図４に例示する。エンジン回転数が低く、燃料噴射量が少ない状況下では、ＥＧＲ通路４３を還流するＥＧＲガスの量が減少するので、所要の目標ＥＧＲ率を達成するためにＤスロットルバルブ３３の開度を絞る必要がある。そこで、エンジン回転数が低いほど、また燃料噴射量が少ないほど、制御入力値ｕ3’を大きな値とする。但し、Ｄスロットルバルブの開度については、制御入力値ｕ3（または、ｕ3’）が大きい側がバルブの閉止、制御入力値ｕ3が小さい側がバルブの開放を意味している。よって、制御入力値ｕ3’が大きくなれば、Ｄスロットルバルブ３３の実際の開度は絞られることになる。補正制御部５３は、エンジン回転数及び燃料噴射量をキーとしてマップを検索し、制御入力値ｕ3’を知得する。
The ROM or flash memory of the
さらに、補正制御部５３は、定常期において、換算マップ記憶部５２に記憶されている換算マップを参照して、ＥＧＲバルブ４５に与える制御入力をスライディングモードコントローラ５１が算出した制御入力値ｕ1とは異なる値ｕ1’に設定する。即ち、補正制御部５３は、図５に示しているように、制御入力値ｕ3’をキーとして換算マップを検索し、ＥＧＲバルブ４５に与える制御入力値ｕ1’を知得する。結果、補正制御部が設定した制御入力値ｕ1’、ｕ3’に従ってＥＧＲバルブ４５及びＤスロットルバルブ３３のそれぞれの開度が操作されることとなる。他方、ノズルベーン４２の開度は、定常期にあっても依然としてスライディングモードコントローラ５１の算出する制御入力値ｕ2に操作される。
Further, the
本実施形態によれば、内燃機関２またはそれに付帯する装置を複数の操作部４５、４２、３３を操作して制御するものであって、各操作部４５、４２、３３に与えるべき制御入力ｕ1、ｕ2、ｕ3を反復的に演算するサーボコントローラ５１と、制御出力ｙ1が一定となる条件下での、特定の操作部３３に係る制御入力と他の操作部４５に係る制御入力との関係を示すマップを記憶する換算マップ記憶部５２と、制御出力ｙ1とその目標値ｒ1との偏差が増大する所定の事象が発生したとき以外の時期に、前記特定の操作部３３に与える制御入力を前記サーボコントローラ５１が算出する制御入力値ｕ3とは無関係の値ｕ3’に設定するとともに、その設定した値ｕ3’をキーとして前記マップを検索し前記他の操作部４５に与える制御入力値ｕ1’を知得する補正制御部５３とを具備する制御装置を構成したため、偏差の大きい過渡期にはサーボコントローラ５１にＤスロットルバルブ３３を操作させて制御出力ｙ1の目標値ｒ1への収束を速めながら、定常期にはＤスロットルバルブ３３をサーボコントローラ５１の操作に委ねずにその開度をｕ3’に維持することができる。かくして、過渡期における排気ガスの良化と、定常期における燃費及び燃焼安定性の向上とが両立する。
According to the present embodiment, the
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、制御出力変数の一であるＥＧＲ率に着目した換算マップを用いていたが、吸気管内圧力の制御に注力したいような場合には吸気管内圧力に着目した換算マップを用いることができる。 The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. In the above embodiment, a conversion map that focuses on the EGR rate, which is one of the control output variables, is used. However, when it is desired to focus on the control of the intake pipe pressure, a conversion map that focuses on the intake pipe pressure may be used. it can.
上記実施形態では、定常期にＤスロットルバルブの開度をコントローラの演算結果によらない制御入力値に固定する代替としてＥＧＲバルブの開度を変更していたが、ＥＧＲバルブではなく可変ターボのノズルベーンの開度を変更するようにしてもよい。 In the above embodiment, the opening degree of the EGR valve is changed as an alternative to fixing the opening degree of the D throttle valve to the control input value that does not depend on the calculation result of the controller in the steady period, but the variable vane nozzle instead of the EGR valve is used. You may make it change the opening degree of.
また、コントローラの演算結果によらない制御入力値に設定される特定の操作部も、Ｄスロットルバルブには限定されない。 Further, the specific operation unit set to the control input value not depending on the calculation result of the controller is not limited to the D throttle valve.
ＥＧＲ制御における制御入力変数は、ＥＧＲバルブ開度、可変ノズルターボ開度及びスロットルバルブ開度には限定されない。制御出力変数も、ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）及び吸気管内圧力には限定されない。新たな入力変数、出力変数を付加して、４入力３出力の３次システムを構築するようなことも可能である。例えば、吸気系に過給機（のコンプレッサ）をバイパスする通路が存在している場合、その通路上に設けられたバルブをも操作することがある。このとき、当該バイパス通路内の圧力または流量等を制御出力変数に含め、当該バイパス通路上のバルブの開度を制御入力変数に含めることができる。 Control input variables in the EGR control are not limited to the EGR valve opening, the variable nozzle turbo opening, and the throttle valve opening. The control output variable is not limited to the EGR rate (or EGR amount) and the intake pipe pressure. It is also possible to construct a tertiary system with four inputs and three outputs by adding new input variables and output variables. For example, when a passage that bypasses the supercharger (compressor) is present in the intake system, a valve provided on the passage may be operated. At this time, the pressure or flow rate in the bypass passage can be included in the control output variable, and the opening of the valve on the bypass passage can be included in the control input variable.
サーボコントローラが実現する多入力フィードバック制御の手法はスライディングモード制御には限定されず、スライディングモード制御以外の手法、例えば最適制御、Ｈ∞制御、バックステッピング制御等を採用しても構わない。 The method of multi-input feedback control realized by the servo controller is not limited to the sliding mode control, and a method other than the sliding mode control, for example, optimal control, H∞ control, backstepping control, etc. may be adopted.
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 Other specific configurations of each part can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、例えば、過給機を備えた内燃機関に付帯するＥＧＲ装置のＥＧＲ率を制御するための制御コントローラとして利用することができる。 The present invention can be used, for example, as a control controller for controlling the EGR rate of an EGR device attached to an internal combustion engine including a supercharger.
５…ＥＣＵ（制御装置）
５１…適応スライディングモードコントローラ（サーボコントローラ）
５２…換算マップ記憶部
５３…補正制御部
5 ... ECU (control device)
51 ... Adaptive sliding mode controller (servo controller)
52 ... Conversion
Claims (2)
各操作部に与えるべき制御入力を反復的に演算するサーボコントローラと、
制御出力が一定となる条件下での、特定の操作部に係る制御入力と他の操作部に係る制御入力との関係を示すマップを記憶する換算マップ記憶部と、
制御出力とその目標値との偏差が増大する所定の事象が発生したとき以外の時期に、前記特定の操作部に与える制御入力を前記サーボコントローラが算出する制御入力値とは無関係の値に設定するとともに、その設定した値をキーとして前記マップを検索し前記他の操作部に与える制御入力値を知得する補正制御部と
を具備することを特徴とする制御装置。 An internal combustion engine or a device attached thereto is controlled by operating a plurality of operation units,
A servo controller that repeatedly calculates the control input to be given to each operation unit;
A conversion map storage unit for storing a map indicating a relationship between a control input related to a specific operation unit and a control input related to another operation unit under a condition where the control output is constant;
The control input given to the specific operation unit is set to a value unrelated to the control input value calculated by the servo controller at a time other than when a predetermined event in which the deviation between the control output and its target value increases occurs. And a correction control unit that searches the map using the set value as a key and knows a control input value to be given to the other operation unit.
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