JP2014190306A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、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.
従来、例えば特許文献１には、エミッションの悪化を最小限に抑えるために、ＮＯｘセンサ、ＰＭ（Particulate Matter）センサといったエミッションセンサの値を入力として、噴射燃料量や噴射タイミングといった出力を予測するモデル予測制御を行う技術が開示されている。このモデル予測制御では、当該入力および出力に対して制約を設けている。そのため、予測した出力が制約に違反することを避けることができ、また、予測した出力を用いて制約に違反しないような新たな入力を生成することもできる。また、特許文献１には、モデル予測制御を行うコントローラが、ＤＭＣ（Dynamic Matrices Control）ループを含んでも良いことが開示されている。
Conventionally, for example,
ＤＭＣによれば、一定区間の出力の積分値（例えばエミッション量）を所望の値に最も近づけることができる入力を、当該入力やその時間勾配の上下限制約を考慮しながら解析的に算出することができる。一方、ＤＭＣは、出力の瞬間値を制約として考慮できないという欠点がある。つまり、エミッション量などの時間積分値が重要な項目について最適な入力列を算出することは可能であるが、瞬間的に越えてはならない制約が存在する燃焼騒音などを最適化において考慮することができないという問題がある。 According to the DMC, an input that can bring an integral value (for example, an emission amount) of an output in a certain section closest to a desired value is analytically calculated in consideration of the upper and lower limit constraints of the input and its time gradient. Can do. On the other hand, the DMC has a drawback that the instantaneous value of the output cannot be considered as a constraint. In other words, it is possible to calculate the optimal input sequence for items where the time integral value such as the amount of emission is important, but it is necessary to consider the combustion noise that has constraints that must not be exceeded instantaneously in the optimization. There is a problem that you can not.
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、ＤＭＣを用いる場合において、瞬間的な制約を考慮しつつ入力を最適化可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine capable of optimizing an input in consideration of instantaneous constraints when using a DMC. .
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置において、
内燃機関の燃焼室内の圧力変動に関与するパラメータの現在値を取得する取得手段と、
入力から予測される出力の所定区間における積分値を最小化する当該入力の制御目標値を算出するためのＤＭＣロジックを記憶した記憶手段と、
前記ＤＭＣロジックの入力として前記現在値を用い、前記制御目標値としての前記パラメータの目標値を算出する算出手段と、
所定の制約条件を満たす前記パラメータの凸包によって境界が定義された境界凸包モデルの境界外に前記目標値が属する場合、前記目標値を、前記境界凸包モデルの境界内に属する要素のうち前記目標値に最も近い最寄要素の値に変更する変更手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention provides a control device for an internal combustion engine,
Obtaining means for obtaining a current value of a parameter related to pressure fluctuation in the combustion chamber of the internal combustion engine;
Storage means for storing DMC logic for calculating a control target value of the input that minimizes an integral value in a predetermined section of an output predicted from the input;
Calculation means for calculating a target value of the parameter as the control target value using the current value as an input of the DMC logic;
When the target value belongs outside the boundary of the boundary convex hull model in which the boundary is defined by the convex hull of the parameter that satisfies a predetermined constraint condition, the target value is selected from among the elements belonging to the boundary of the boundary convex hull model Change means for changing to the value of the nearest element closest to the target value;
It is characterized by providing.
第２の発明は、第１の発明において、
前記境界凸包モデルの境界外に前記目標値が属する場合であって、前記最寄要素値と前記目標値との距離が所定の閾値以下のときに、前記目標値を含むように前記境界凸包モデルを修正する修正手段を更に備え、
前記変更手段は、修正後の前記境界凸包モデルの境界外に前記目標値が属する場合、前記目標値を前記最寄要素値に変更することを特徴とする。
According to a second invention, in the first invention,
When the target value belongs outside the boundary of the boundary convex hull model and the distance between the nearest element value and the target value is equal to or smaller than a predetermined threshold, the boundary convexity is included so as to include the target value. A correction means for correcting the hull model;
The changing means changes the target value to the nearest element value when the target value belongs outside the boundary of the boundary convex hull model after correction.
第１の発明によれば、内燃機関の燃焼室内の圧力変動に関与するパラメータの現在値をＤＭＣロジックの入力として用いて当該パラメータの目標値を算出し、この目標値が境界凸包モデルの境界外にある場合は、この目標値とは異なる最寄要素値に変更できる。この最寄要素値は、所定の制約条件を満たす当該パラメータの凸包によって境界が定義された境界凸包モデルの境界内の値である。そのため、当該所定の制約条件として瞬間的な制約条件を設定することで、当該目標値を常時最適な値とすることが可能となる。よって、ＤＭＣロジックを用いて当該目標値を算出する場合においても、燃焼騒音などの瞬間的な制約を考慮できる。 According to the first invention, the target value of the parameter is calculated using the current value of the parameter related to the pressure fluctuation in the combustion chamber of the internal combustion engine as the input of the DMC logic, and the target value is the boundary of the boundary convex hull model. If it is outside, it can be changed to a nearest element value different from this target value. The nearest element value is a value within the boundary of the boundary convex hull model in which the boundary is defined by the convex hull of the parameter satisfying a predetermined constraint condition. Therefore, by setting an instantaneous constraint condition as the predetermined constraint condition, the target value can always be an optimal value. Therefore, even when the target value is calculated using the DMC logic, instantaneous constraints such as combustion noise can be considered.
上記境界凸包モデルの境界外に上記目標値が属する場合であって、上記最寄要素値と上記目標値との距離が所定の閾値以下のときは、上記パラメータを指令値とするアクチュエータの経年劣化や、機差によるバラツキの影響が考えられる。この点、第２の発明によれば、このような場合に上記境界凸包モデルを修正できるので、経年劣化や機差によるバラツキの影響を有効に学習して上記目標値に反映させることが可能となる。 When the target value belongs outside the boundary of the boundary convex hull model, and the distance between the nearest element value and the target value is equal to or less than a predetermined threshold value, the aging of the actuator using the parameter as a command value The effects of deterioration and variations due to machine differences are considered. In this regard, according to the second invention, since the boundary convex hull model can be corrected in such a case, it is possible to effectively learn the influence of aging and variations due to machine differences and reflect them in the target value. It becomes.
実施の形態１．
先ず、本発明の実施の形態１について図１乃至図５を参照しながら説明する。
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図１は、実施の形態１の制御装置が適用されるシステムの構成を示す図である。このシステムは、車両等に搭載される内燃機関としてのディーゼルエンジン２を備えている。ディーゼルエンジン２には４つの気筒が直列に備えられている。但し、気筒数および気筒配置は特に限定されない。ディーゼルエンジン２の各気筒には、インジェクタ８が設けられている。また、ディーゼルエンジン２の各気筒は、吸気マニホールド４と排気マニホールド６と連通している。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a system to which the control device of the first embodiment is applied. This system includes a
吸気マニホールド４にはエアクリーナ２０から取り込まれた新気が流れる吸気通路１０が接続されている。吸気通路１０にはターボ過給機１４のコンプレッサが取り付けられている。コンプレッサ下流の吸気通路１０には、コンプレッサで圧縮したガスを冷却するインタークーラ２２が備えられている。インタークーラ２２下流の吸気通路１０には、吸気流量を調節可能なスロットル弁２４が設けられている。
An
排気マニホールド６にはディーゼルエンジン２からの排気を大気中に放出するための排気通路１２が接続されている。排気通路１２にはターボ過給機１４のタービンが取り付けられている。ターボ過給機１４は可変容量型であって、タービンには可変ノズル１６が備えられている。タービン下流の排気通路１２には酸化触媒コンバータ４０、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）４２および排気絞り弁４４が設けられている。
An
本システムは、排気系から吸気系へ排気を再循環させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置を備えている。ＥＧＲ装置は、スロットル弁２４下流の吸気通路１０と排気マニホールド６とを接続するＥＧＲ通路３０を備えている。ＥＧＲ通路３０には、吸気通路１０に導入する排気（ＥＧＲガス）の流量を調節可能なＥＧＲ弁３２が設けられている。ＥＧＲ通路３０においてＥＧＲ弁３２の排気側にはＥＧＲクーラ３４が備えられている。
This system includes an EGR (Exhaust Gas Recirculation) device that recirculates exhaust gas from the exhaust system to the intake system. The EGR device includes an
本システムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、システム全体を総合制御する制御装置である。ＥＣＵ５０は、本システムが備える各種センサの信号を取り込み処理する。各種センサはシステムの各所に取り付けられている。例えば、コモンレール内の燃料の圧力（コモンレール圧）を検出する燃圧センサ５４、クランク軸の回転を検出する回転数センサ５２や、アクセルペダルの開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ５６などが取り付けられている。ＥＣＵ５０は、各種センサから取り込んだ信号を処理して所定の制御プログラムにしたがって各種アクチュエータを操作する。ＥＣＵ５０によって操作されるアクチュエータには、インジェクタ８、可変ノズル１６、スロットル弁２４、ＥＧＲ弁３２などが含まれている。なお、ＥＣＵ５０に接続されるアクチュエータやセンサは図中に示す以外にも多数存在するが、本明細書においてはその説明を省略する。
This system includes an ECU (Electronic Control Unit) 50. The ECU 50 is a control device that comprehensively controls the entire system. The
本実施の形態において、ＥＣＵ５０により実行されるエンジン制御には、可変ターボ制御、ＥＧＲ制御および噴射系制御が含まれる。これらのエンジン制御では、エミッション（ＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣ、ＰＭ等）、燃料消費量や燃焼騒音に影響する可変ノズル１６、スロットル弁２４、ＥＧＲ弁３２およびインジェクタ８の各操作量が協調制御される。また、これらの操作量は、ＥＣＵ５０内に記憶したＤＭＣロジックにより決定される。
In the present embodiment, engine control executed by the
図２は、ＤＭＣロジックの概要を説明するための図である。ＤＭＣロジックとは、入力から予測される出力の所定区間における積分値を最小化する当該入力の制御目標値を算出するためのロジックである。なお、簡略化のため、図２では１入力１出力系の例を示すが、多入力多出力系にも拡張が可能である。 FIG. 2 is a diagram for explaining the outline of the DMC logic. The DMC logic is a logic for calculating a control target value of the input that minimizes an integral value in a predetermined section of an output predicted from the input. For simplification, FIG. 2 shows an example of a 1-input 1-output system, but it can be extended to a multi-input multi-output system.
図２では、２ステップに亘って入力Δｕが変化した場合を示している。具体的に、入力Δｕが次ステップ（時刻Ｔ０）でΔｕ０変化し、その次のステップ（時刻Ｔ１）で更にΔｕ１変化したとする。そうすると、出力ｙ（予測値）は、時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・・，Ｔｐで、それぞれ（ｙ０＋ａ１Δｕ０），（ｙ０＋ａ２Δｕ０＋ａ１Δｕ１），（ｙ０＋ａ３Δｕ０＋ａ２Δｕ１），・・・，（ｙ０＋ａｐΔｕ０＋ａｐ−１Δｕ１）となる。なお、出力ｙ０は時刻Ｔ０での出力であり、出力のステップ応答を表す係数ａ１，ａ２，ａ３，ａｐ−１，ａｐは、事前に計測し決定された既知の値である。 FIG. 2 shows a case where the input Δu changes over two steps. Specifically, it is assumed that the input Δu changes by Δu 0 at the next step (time T 0 ) and further changes by Δu 1 at the next step (time T 1 ). Then, the output y (predicted value), the time T 1, T 2, T 3 , ···, at T p, respectively (y 0 + a 1 Δu 0 ), (y 0 + a 2 Δu 0 + a 1 Δu 1) , (Y 0 + a 3 Δu 0 + a 2 Δu 1 ),..., (Y 0 + a p Δu 0 + a p−1 Δu 1 ). The output y 0 is an output at time T 0 , and the coefficients a 1 , a 2 , a 3 , a p−1 , a p representing the output step response are known values determined in advance by measurement. It is.
ＤＭＣロジックの制御則は、出力予測値ｙとその目標値ｙｔａｒｇｅｔの一定区間（Ｔ０〜Ｔｐ）における誤差Ｅ＝ｅ１＋ｅ２＋ｅ３＋…＋ｅｐを最小化する入力Δｕ０，Δｕ１を求めることにある。ここで、目標値ｙｔａｒｇｅｔ＝０とすると、当該制御則は、出力予測値ｙの積分値を最小化することと同義となる。 The control rule of the DMC logic is that the inputs Δu 0 and Δu that minimize the error E = e 1 + e 2 + e 3 +... + E p in a certain interval (T 0 to T p ) between the output predicted value y and its target value y target. 1 is to seek. Here, if the target value y target = 0, the control law is synonymous with minimizing the integral value of the output predicted value y.
未来誤差ｅ１，ｅ２，ｅ３，…，ｅｐは次式（１）で表される。
上記式（１）を定式化すると、次式（２）となる。
目的関数Ｊは、次式（３）で表される。
ここで、目的関数Ｊを最小化するΔｕ０，Δｕ１は次式（４）を満たす。
上記式（３），（４）から入力Δｕの制御目標値Δｕｔａｒｇｅｔが導出される。制御目標値Δｕｔａｒｇｅｔは、次式（５）で表される。
本実施の形態で実行されるエンジン制御は、過渡状態で実行される過渡エンジン制御の方法に特徴を有している。以下、図３を参照しながら、本実施の形態で実行される過渡エンジン制御の詳細についてフローチャートを用いて説明する。 The engine control executed in the present embodiment is characterized by a method of transient engine control executed in a transient state. Hereinafter, the details of the transient engine control executed in the present embodiment will be described using a flowchart with reference to FIG.
図３のフローチャートは、実施の形態１でＥＣＵ５０により実行される過渡エンジン制御ルーチンを示している。このルーチンのステップＳ２では、イグニッション（ＩＧ）がオンにされたかどうか判定される。車両の運転者により所定の操作（例えば、イグニッションキーを所定位置まで回す等の操作）がなされた場合、イグニッションがオンにされる。イグニッションがオンにされるまでは本ステップにて待機状態となり、イグニッションがオンにされたら次のステップＳ４に進む。
The flowchart in FIG. 3 shows a transient engine control routine executed by the
ステップＳ４では、アクセル開度センサ５６の信号から計算されたアクセルペダル開度の勾配、すなわち、時間微分値Ｐｓが取得される。アクセルペダル開度勾配Ｐｓは運転者が車両の加速或いは減速を開始したかどうかを判断するための情報として用いられる。
In step S4, the gradient of the accelerator pedal opening calculated from the signal of the
次のステップＳ６では、ステップＳ４で取得されたアクセルペダル開度勾配Ｐｓの絶対値が所定の開始基準値を上回ったかどうかによって、過渡エンジン制御の実行条件が満たされたかどうか判定される。アクセルペダル開度勾配Ｐｓの絶対値が開始基準値以下である間は、ステップＳ２からＳ６までの処理が繰り返し実施されることで、過渡エンジン制御の実行は保留される。アクセルペダル開度勾配Ｐｓの絶対値が開始基準値を上回った時点で過渡エンジン制御が開始され、次のステップＳ８からＳ２２までの処理が順に実行される。 In the next step S6, it is determined whether or not the execution condition of the transient engine control is satisfied depending on whether or not the absolute value of the accelerator pedal opening gradient Ps acquired in step S4 exceeds a predetermined start reference value. While the absolute value of the accelerator pedal opening gradient Ps is equal to or less than the start reference value, the execution of the transient engine control is suspended by repeatedly performing the processing from step S2 to S6. When the absolute value of the accelerator pedal opening gradient Ps exceeds the start reference value, the transient engine control is started, and the processes from the next steps S8 to S22 are sequentially executed.
ステップＳ８では、各種制御量の現在値が取得される。具体的に、スロットル弁開度ＴＨＲ、ＥＧＲ弁開度θＥＧＲ、可変ノズル開度ＶＮおよびコモンレール圧ＦＰが各種センサから取得されるとともに、他のルーチンにより算出されたメイン噴射時期Ｔｍ、パイロット噴射量Ｍｐ、パイロット噴射時期Ｔｐが取得される。 In step S8, current values of various control amounts are acquired. Specifically, the throttle valve opening THR, the EGR valve opening θ EGR , the variable nozzle opening VN, and the common rail pressure FP are acquired from various sensors, the main injection timing Tm calculated by other routines, and the pilot injection amount Mp and pilot injection timing Tp are acquired.
ステップＳ１０では、回転数センサ５２の信号から計算されたエンジン回転数ＮＥが取得されるとともに、他のルーチンにより算出されインジェクタ８に対して指示されている燃料噴射量Ｑが取得される。
In step S10, the engine speed NE calculated from the signal of the
ステップＳ１２では、ＤＭＣロジックを用いて、スロットル弁開度ＴＨＲ、ＥＧＲ弁開度θＥＧＲ、可変ノズル開度ＶＮ、メイン噴射時期Ｔｍ、パイロット噴射量Ｍｐ、パイロット噴射時期Ｔｐおよびコモンレール圧ＦＰの次ステップにおける目標値が算出される。具体的に、ステップＳ８で取得した各種制御量と、ステップＳ１０で取得したエンジン回転数ＮＥおよび燃料噴射量Ｑを入力とし、出力である一定区間の累積エミッション、燃料消費量を最小化するための当該各種制御量の次ステップにおける目標値ＴＨＲｔ、θＥＧＲｔ、ＶＮｔ、Ｔｍｔ、Ｍｐｔ、ＴｐｔおよびＦＰｔが算出される。 In step S12, the next step of throttle valve opening THR, EGR valve opening θ EGR , variable nozzle opening VN, main injection timing Tm, pilot injection amount Mp, pilot injection timing Tp, and common rail pressure FP using DMC logic. The target value at is calculated. Specifically, the various control amounts acquired in step S8, the engine speed NE and the fuel injection amount Q acquired in step S10 are input, and the accumulated emissions and fuel consumption in a certain section as outputs are minimized. target value THR t in the next step of the various control amounts, θ EGRt, VN t, Tm t, Mp t, Tp t and FP t is calculated.
ステップＳ１４では、スロットル弁２４、ＥＧＲ弁３２および可変ノズル１６の各操作量と、ＥＧＲ率との関係を模擬した簡易モデル或いはこれらの関係を関連付けたマップを用いて、過渡時のＥＧＲ率ＲＥＧＲが算出される。具体的には、ステップＳ１２で取得されたスロットル弁２４、ＥＧＲ弁３２および可変ノズル１６の各操作量の目標値（すなわち、ＴＨＲｔ、θＥＧＲｔおよびＶＮｔ）が当該簡易モデルまたはマップに適用され、過渡時のＥＧＲ率が予測される。
In step S14, the EGR rate R EGR at the time of transition is calculated using a simple model that simulates the relationship between the operation amounts of the
ステップＳ１６では、燃焼騒音の境界凸包モデルが呼び出される。図４は実施の形態１で用いられる燃焼騒音の境界凸包モデルを説明するための概念図である。本実施の形態で用いられる境界凸包モデルは、燃焼騒音の観点からエンジンの運転状態が最適か否かを判別するための境界モデルである。境界凸包モデルは、定常状態において燃焼騒音が閾値となる運転条件（すなわち、Ｔｍ、Ｍｐ、ＴｐおよびＦＰ）を予め複数点計測しておき、それらの点群の凸包によって境界が定義されたものである。なお、凸包とは、空間内にばら撒かれた点群の任意の２点を結ぶ線分全てが点群の集合の内側に含まれるときの点群（凸集合）のうちの最小のものをいう。 In step S16, the boundary noise hull model for combustion noise is called up. FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining a boundary convex hull model of combustion noise used in the first embodiment. The boundary convex hull model used in the present embodiment is a boundary model for determining whether the engine operating state is optimal from the viewpoint of combustion noise. In the boundary convex hull model, the operating conditions (that is, Tm, Mp, Tp and FP) in which the combustion noise becomes a threshold value in a steady state are measured in advance at a plurality of points, and the boundary is defined by the convex hull of those point groups. Is. The convex hull is the smallest of the point group (convex set) when all the line segments connecting any two points in the point group scattered in the space are included inside the set of point groups. Say.
なお、燃焼騒音は下記式（６）の構造減衰ＣＮで代表する。
ＣＮ＝ＥＮＲ／Ｐｃｙｌ ・・・（６）
上記式（６）において、ＥＮＲはエンジン放射音であり、Ｐｃｙｌは筒内圧代表値（例えば筒内圧の最大値）である。
The combustion noise is represented by the structure attenuation CN of the following formula (6).
CN = EN R / P cyl (6)
In the above formula (6), EN R is the engine radiated sound, and P cyl is the cylinder pressure representative value (for example, the maximum value of the cylinder pressure).
ステップＳ１８では、上記ステップＳ１２で取得された運転条件（すなわち、Ｔｍｔ、Ｍｐｔ、ＴｐｔおよびＦＰｔ）が、上記ステップＳ１６で呼び出された境界凸包モデルの境界の外側か否かが判定される。その結果、現運転条件が境界凸包モデルの境界内側に属すると判定された場合には、現運転条件を修正する必要はないと判断されるので、本ルーチンは終了される。 At step S18, the acquired operation condition in the step S12 (i.e., Tm t, Mp t, Tp t and FP t) is, whether the outer boundary of the boundary convex hull model called in the step S16 is determined Is done. As a result, when it is determined that the current operating condition belongs to the boundary inside the boundary convex hull model, it is determined that the current operating condition does not need to be corrected, and thus this routine is terminated.
一方、上記ステップＳ１８において、上記ステップＳ１２で取得された運転条件が境界凸包モデルの境界外側に属すると判定された場合には、現運転条件では燃焼騒音が閾値を超えてしまうと判断することができる。この場合、次のステップＳ２０に移行し、現運転条件の最寄りとなる境界凸包モデルの要素（最寄要素）が選択される。図５は、燃焼騒音の境界凸包モデルの最寄要素を選択する方法を説明するための図である。図５に示すように、先ず、燃焼騒音の境界凸包モデルの全要素の重心と上記ステップＳ１２で取得された運転条件の点との距離ｄｃを算出する。そして、次式（７）に示すように、２点間の最短距離が得られる最寄要素の重心Ｇ（Ｔｍ０，Ｍｐ０，Ｔｐ０，ＦＰ０）を最寄値として選択する。
ｄｃ＝｛（Ｔｍｔ−Ｔｍ０）２＋（Ｍｐｔ−Ｍｐ０）２＋（Ｔｐｔ−Ｔｐ０）２＋（ＦＰｔ−ＦＰ０）２｝１/２ ・・・（７）
On the other hand, if it is determined in step S18 that the operating condition acquired in step S12 belongs to the boundary outside the boundary convex hull model, it is determined that the combustion noise exceeds the threshold value in the current operating condition. Can do. In this case, the process proceeds to the next step S20, and the element (closest element) of the boundary convex hull model that is closest to the current operating condition is selected. FIG. 5 is a diagram for explaining a method of selecting the nearest element of the boundary convex hull model of combustion noise. As shown in FIG. 5, first, a distance dc between the center of gravity of all elements of the boundary noise hull model of combustion noise and the point of the operating condition acquired in step S12 is calculated. Then, as shown in the following equation (7), the centroid G (Tm 0 , Mp 0 , Tp 0 , FP 0 ) of the nearest element that can obtain the shortest distance between the two points is selected as the nearest value.
dc = {(Tm t −Tm 0 ) 2 + (Mp t −Mp 0 ) 2 + (Tp t −Tp 0 ) 2 + (FP t −FP 0 ) 2 } 1/2 (7)
ステップＳ２２では、現運転条件が上記ステップＳ２０にて選択された最寄値に修正される。具体的に、上記ステップＳ１２で取得された運転条件がステップＳ２０で選択された最寄値に修正される。 In step S22, the current operating condition is corrected to the nearest value selected in step S20. Specifically, the operating condition acquired in step S12 is corrected to the nearest value selected in step S20.
ＥＣＵ５０は、図３のフローチャートに従って求めた各種制御量の次ステップにおける目標値を指令値としてドライバにセットする。これにより、燃焼騒音を考慮しつつエミッションや燃費の悪化を最小限に留めるように、インジェクタ８、可変ノズル１６、スロットル弁２４およびＥＧＲ弁３２の各動作を制御することができる。
The
なお、上述した実施の形態１では、メイン噴射時期Ｔｍ、パイロット噴射量Ｍｐ、パイロット噴射時期Ｔｐおよびコモンレール圧ＦＰが上記第１の発明における「パラメータ」に、燃焼騒音の境界凸包モデルが同発明における「境界凸包モデル」に、ＥＣＵ５０が同発明における「記憶手段」に、それぞれ相当している。
また、ＥＣＵ５０が、図３のステップＳ８の処理を実行することにより上記第１の発明における「取得手段」が、ステップＳ１２の処理を実行することにより同発明における「算出手段」が、ステップＳ１８〜Ｓ２０の処理を実行することにより同発明における「変更手段」が、それぞれ実現されている。
In the first embodiment described above, the main injection timing Tm, the pilot injection amount Mp, the pilot injection timing Tp, and the common rail pressure FP are the “parameters” in the first invention, and the boundary noise hull model of the combustion noise is the same invention. The
Further, when the
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図６乃至図８を参照しながら説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
上記実施の形態１においては、ディーゼルエンジン２を備えるシステムにおいて、燃焼騒音の境界凸包モデルを用いて過渡エンジン制御を行った。本実施の形態２においては、ガソリンエンジンを備えるシステムにおいて、ノッキングの境界凸包モデルを用いて過渡エンジン制御を行うことを特徴とする。そのため、以下においては、当該特徴点を中心に説明し、ＤＭＣロジックなどの上記実施の形態１と共通する点については、その説明を省略する。
In the first embodiment, in the system including the
図６は、実施の形態２のエンジンの制御系統を説明するための図である。図６に示すように、ＥＣＵ６０の入力側には、ＥＧＲ弁８０の開度に応じた信号を出力するＥＧＲ弁開度センサ６２、デリバリパイプ内の燃料の圧力に応じた信号を出力する燃圧センサ６４、クランク軸の回転を検出する回転数センサ６６、アクセルペダルの開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ６８、吸気通路を流れる吸入空気量Ｇａを検出するエアフロメータ７０などが接続されている。ＥＣＵ６０の出力側には、吸気弁のバルブタイミングＶＴｉを変更可能な可変動弁機構７２、排気弁のバルブタイミングＶＴｅを変更可能な可変動弁機構７４、混合気に点火する点火プラグ７６、インジェクタ７８、ＥＧＲ弁８０などが接続されている。
FIG. 6 is a diagram for explaining an engine control system according to the second embodiment. As shown in FIG. 6, on the input side of the
本実施の形態において、ＥＣＵ６０により実行されるエンジン制御には、吸気系制御、点火時期制御および噴射系制御が含まれる。これらのエンジン制御では、エミッション、燃料消費量やノッキングに影響する可変動弁機構７２，７４、点火プラグ７６、インジェクタ７８およびＥＧＲ弁８０の各操作量が協調制御される。本実施の形態で実行されるエンジン制御は、過渡状態で実行される過渡エンジン制御の方法に特徴を有している。以下、図７を参照しながら、本実施の形態で実行される過渡エンジン制御の詳細についてフローチャートを用いて説明する。
In the present embodiment, the engine control executed by the
図７のフローチャートは、実施の形態２でＥＣＵ６０により実行される過渡エンジン制御ルーチンを示している。このルーチンのステップＳ２４〜Ｓ２８の処理は、図３のステップＳ２〜Ｓ６の処理と同一である。ステップＳ２８において、アクセルペダル開度勾配Ｐｓの絶対値が開始基準値を上回った時点で過渡エンジン制御が開始され、ステップＳ３０以降の処理が順に実行される。
The flowchart of FIG. 7 shows a transient engine control routine executed by the
ステップＳ３０では、各種制御量の現在値が取得される。具体的に、ＥＧＲ弁開度θＥＧＲ、燃料圧力ＦＰおよび吸入空気量Ｇａが各種センサから取得されるとともに、他のルーチンにより算出された吸気バルブタイミングＶＴｉ、排気バルブタイミングＶＴｅ、点火時期ＳＡ、燃料噴射時期Ｔｍ、燃料噴射量Ｍｍが取得される。 In step S30, current values of various control amounts are acquired. Specifically, the EGR valve opening degree θ EGR , the fuel pressure FP, and the intake air amount Ga are acquired from various sensors, and the intake valve timing VTi, the exhaust valve timing VTe, the ignition timing SA, the fuel calculated by other routines are obtained. The injection timing Tm and the fuel injection amount Mm are acquired.
ステップＳ３２では、回転数センサ６６の信号から計算されたエンジン回転数ＮＥが取得されるとともに、他のルーチンにより算出された充填効率ＫＬが取得される。
In step S32, the engine speed NE calculated from the signal of the
ステップＳ３４では、ＤＭＣロジックを用いて、吸気バルブタイミングＶＴｉ、排気バルブタイミングＶＴｅ、ＥＧＲ弁開度θＥＧＲ、点火時期ＳＡ、空燃比ＡＦＲ（＝吸入空気量Ｇａ／燃料噴射量Ｍｍ）、燃料噴射時期Ｔｍおよび燃料圧力ＦＰの次ステップにおける目標値が算出される。具体的に、ステップＳ３０で取得した各種制御量と、ステップＳ３２で取得したエンジン回転数ＮＥおよび充填効率ＫＬを入力とし、出力である一定区間の累積エミッション、燃料消費量を最小化するための当該各種制御量の次ステップにおける目標値ＶＴｉｔ、ＶＴｅｔ、θＥＧＲｔＳＡｔ、ＡＦＲｔ、ＴｍｔおよびＦＰｔが算出される。 In step S34, using DMC logic, intake valve timing VTi, exhaust valve timing VTe, EGR valve opening θ EGR , ignition timing SA, air-fuel ratio AFR (= intake air amount Ga / fuel injection amount Mm), fuel injection timing Target values in the next step of Tm and fuel pressure FP are calculated. Specifically, the various control amounts acquired in step S30, the engine speed NE and the charging efficiency KL acquired in step S32 are input, and the cumulative emission and fuel consumption in a certain section as outputs are minimized. target value VTi t in the next step of the various control amounts, VTe t, θ EGRt SA t , AFR t, Tm t and FP t is calculated.
ステップＳ３６では、可変動弁機構７２，７４およびＥＧＲ弁８０の各操作量と、ＥＧＲ率との関係を模擬した簡易モデル或いはこれらの関係を関連付けたマップを用いて、過渡時のＥＧＲ率ＲＥＧＲが算出される。具体的には、ステップＳ３４で取得された可変動弁機構７２，７４およびＥＧＲ弁８０の各操作量の目標値（すなわち、ＶＴｉｔ、ＶＴｅｔおよびθＥＧＲ）が当該簡易モデルまたはマップに適用され、過渡時のＥＧＲ率が予測される。
In step S36, the EGR rate R EGR at the time of transition is calculated using a simple model that simulates the relationship between the operation amounts of the
ステップＳ３８では、ノッキングの境界凸包モデルが呼び出される。本実施の形態で用いられる境界凸包モデルは、ノッキングの観点からエンジンの運転状態が最適か否かを判別するための境界モデルである。境界凸包モデルは、定常状態においてノッキングが発生する運転条件（すなわち、ＳＡ、ＡＦＲ、ＴｍおよびＦＰ）を予め複数点計測しておき、それらの点群の凸包によって境界が定義されたものである。 In step S38, the knocking boundary convex hull model is called. The boundary convex hull model used in the present embodiment is a boundary model for determining whether or not the engine operating state is optimal from the viewpoint of knocking. The boundary convex hull model is a model in which a plurality of operating conditions (that is, SA, AFR, Tm, and FP) in which knocking occurs in a steady state are measured in advance, and the boundary is defined by the convex hull of those point groups. is there.
ステップＳ４０では、上記ステップＳ３４で取得された運転条件（すなわち、ＳＡｔ、ＡＦＲｔ、ＴｍｔおよびＦＰｔ）が、上記ステップＳ３８で呼び出された境界凸包モデルの境界の外側か否かが判定される。その結果、現運転条件が境界凸包モデルの境界内側に属すると判定された場合には、現運転条件を修正する必要はないと判断されるので、本ルーチンは終了される。 In step S40, it is determined whether or not the operating conditions (that is, SA t , AFR t , Tm t and FP t ) acquired in step S34 are outside the boundary of the boundary convex hull model called in step S38. Is done. As a result, when it is determined that the current operating condition belongs to the boundary inside the boundary convex hull model, it is determined that the current operating condition does not need to be corrected, and thus this routine is terminated.
一方、上記ステップＳ４０において、上記ステップＳ３４で取得された運転条件が境界凸包モデルの境界外側に属すると判定された場合には、現運転条件ではノッキングが発生してしまうと判断することができる。この場合、次のステップＳ４２に移行し、現運転条件の最寄りとなる境界凸包モデルの要素（最寄要素）が選択される。図８は、ノッキングの境界凸包モデルの最寄要素を選択する方法を説明するための図である。図８に示すように、先ず、ノッキングの境界凸包モデルの全要素の重心と上記ステップＳ３４で取得された運転条件の点との距離ｄｃを算出する。そして、次式（８）に示すように、２点間の最短距離が得られる最寄要素の重心Ｇ（ＳＡ０，ＡＦＲ０，Ｔｍ０，ＦＰ０）を最寄値として選択する。
ｄｃ＝｛（ＳＡｔ−ＳＡ０）２＋（ＡＦＲｔ−ＡＦＲ０）２＋（Ｔｍｔ−Ｔｍ０）２＋（ＦＰｔ−ＦＰ０）２｝１/２ ・・・（８）
On the other hand, if it is determined in step S40 that the operating condition acquired in step S34 belongs to the outside of the boundary of the boundary convex hull model, it can be determined that knocking will occur under the current operating condition. . In this case, the process proceeds to the next step S42, and the element (closest element) of the boundary convex hull model that is closest to the current operating condition is selected. FIG. 8 is a diagram for explaining a method of selecting the nearest element of the boundary convex hull model of knocking. As shown in FIG. 8, first, a distance dc between the center of gravity of all the elements of the knocking boundary convex hull model and the point of the operating condition acquired in step S34 is calculated. Then, as shown in the following equation (8), the centroid G (SA 0 , AFR 0 , Tm 0 , FP 0 ) of the nearest element that provides the shortest distance between the two points is selected as the nearest value.
dc = {(SA t −SA 0 ) 2 + (AFR t −AFR 0 ) 2 + (Tm t −Tm 0 ) 2 + (FP t −FP 0 ) 2 } 1/2 (8)
ステップＳ４４では、現運転条件が上記ステップＳ４２にて選択された最寄値に修正される。具体的に、上記ステップＳ３４で取得された運転条件がステップＳ４２で選択された最寄値に修正される。 In step S44, the current operating condition is corrected to the nearest value selected in step S42. Specifically, the operating condition acquired in step S34 is corrected to the nearest value selected in step S42.
ＥＣＵ６０は、図７のフローチャートに従って求めた各種制御量の次ステップにおける目標値を指令値としてドライバにセットする。これにより、ノッキングの発生を考慮しつつエミッションや燃費の悪化を最小限に留めるように、可変動弁機構７２，７４、点火プラグ７６、インジェクタ７８およびＥＧＲ弁８０の各動作を制御することができる。
The
なお、上述した実施の形態２では、点火時期ＳＡ、空燃比ＡＦＲ、燃料噴射時期Ｔｍおよび燃料圧力ＦＰが上記第１の発明における「パラメータ」に、ノッキングの境界凸包モデルが同発明における「境界凸包モデル」に、ＥＣＵ６０が同発明における「記憶手段」に、それぞれ相当している。
また、ＥＣＵ６０が、図７のステップＳ３０の処理を実行することにより上記第１の発明における「取得手段」が、ステップＳ３４の処理を実行することにより同発明における「算出手段」が、ステップＳ４０〜Ｓ４４の処理を実行することにより同発明における「変更手段」が、それぞれ実現されている。
In the second embodiment described above, the ignition timing SA, the air-fuel ratio AFR, the fuel injection timing Tm, and the fuel pressure FP are the “parameters” in the first invention, and the knocking boundary convex hull model is the “boundary” The
Further, when the
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について図９を参照しながら説明する。
Embodiment 3 FIG.
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG.
本実施の形態３においては、上記実施の形態１のＥＣＵ５０により実行される過渡エンジン制御において、燃焼騒音の境界凸包モデルの学習機能を追加したことを特徴とする。以下、本実施の形態３で実行される過渡エンジン制御の詳細についてフローチャートを用いて説明する。
The third embodiment is characterized in that in the transient engine control executed by the
図９のフローチャートは、実施の形態３でＥＣＵ５０により実行される過渡エンジン制御ルーチンを示している。このルーチンのステップＳ４６〜Ｓ６４の処理は、図３のステップＳ２〜Ｓ２０の処理と同一である。
The flowchart of FIG. 9 shows a transient engine control routine executed by the
ステップＳ６６では、上記ステップＳ６４にて選択された最寄要素と現運転条件との距離ｄｃが所定の閾値ｄよりも小さいか否かが判定される。閾値ｄは、噴射系システムの経年劣化や機差バラツキにより生じる目標値のズレを判断するための閾値として予め設定された値が使用される。このような判断を可能とするため、閾値ｄは、小さい値に設定することが好ましい。本実施形態においては、凸包の境界上の要素よりも境界外側５％にある点と、当該要素との間の距離を閾値ｄとして設定する。ステップＳ６６において、ｄｃ＜ｄの成立が認められた場合には、次のステップＳ６８に移行する。 In step S66, it is determined whether the distance dc between the nearest element selected in step S64 and the current operating condition is smaller than a predetermined threshold d. As the threshold value d, a preset value is used as a threshold value for judging a deviation of a target value caused by an aging deterioration of the injection system or a machine difference variation. In order to enable such a determination, the threshold value d is preferably set to a small value. In the present embodiment, the distance between a point that is 5% outside the boundary of the element on the boundary of the convex hull and the element is set as the threshold value d. If it is determined in step S66 that dc <d is established, the process proceeds to the next step S68.
ステップＳ６８では、目標値のズレを学習すべく現運転条件の点を加えた上で境界凸包モデルが再計算される。再計算された境界凸包モデルは、次ステップ以降の判定に用いる境界凸包モデルとして利用される。 In step S68, the boundary convex hull model is recalculated after adding the points of the current operating conditions to learn the deviation of the target value. The recalculated boundary convex hull model is used as a boundary convex hull model used for the determination after the next step.
上記ステップＳ６８の処理の後、或いは上記ステップＳ６６においてｄｃ＜ｄの成立が認められない場合には、次のステップＳ７０に移行する。ステップＳ７０では、上記ステップＳ５６で取得された運転条件が境界凸包モデルの境界の外側か否かが判定される。その結果、現運転条件が境界凸包モデルの境界内側に属すると判定された場合には、現運転条件を修正する必要はないと判断されるので、本ルーチンは終了される。 After the process of step S68 or when the establishment of dc <d is not recognized in step S66, the process proceeds to the next step S70. In step S70, it is determined whether or not the operating condition acquired in step S56 is outside the boundary of the boundary convex hull model. As a result, when it is determined that the current operating condition belongs to the boundary inside the boundary convex hull model, it is determined that the current operating condition does not need to be corrected, and thus this routine is terminated.
一方、上記ステップＳ７０において、現運転条件が境界凸包モデルの外側に属すると判定された場合には、現運転条件では燃焼騒音が閾値を超えてしまうと判断することができる。この場合、次のステップＳ７２に移行し、上記ステップＳ５６で取得された運転条件が上記ステップＳ６４にて選択された最寄値に修正される。 On the other hand, when it is determined in step S70 that the current operating condition belongs to the outside of the boundary convex hull model, it can be determined that the combustion noise exceeds the threshold value under the current operating condition. In this case, the process proceeds to the next step S72, and the operating condition acquired in step S56 is corrected to the nearest value selected in step S64.
このように、ＥＣＵ５０は噴射系システムの経年劣化や機差バラツキにより生じる目標値のズレを学習して燃焼騒音の境界凸包モデルを再計算する。これにより、噴射系システムの経年劣化や機差バラツキを考慮しつつ、上記実施の形態１同様の効果を得ることが可能となる。
In this way, the
なお、上記実施の形態３で説明した境界凸包モデルの修正手法は、上記実施の形態２の境界凸包モデルに対しても同様に適用が可能である。 Note that the boundary convex hull model correction method described in the third embodiment can be similarly applied to the boundary convex hull model of the second embodiment.
なお、上述した実施の形態３では、ＥＣＵ５０が、図９のステップＳ６２〜Ｓ６８の処理を実行することにより上記第２の発明における「修正手段」が実現されている。
In the third embodiment described above, the “correcting means” according to the second aspect of the present invention is realized by the
２ ディーゼルエンジン
８，７８ インジェクタ
１６ 可変ノズル
２４ スロットル弁
３２，８０ ＥＧＲ弁
５０，６０ ＥＣＵ
５２，６６ 回転数センサ
５４，６４ 燃圧センサ
５６，６８ アクセル開度センサ
６２ ＥＧＲ弁開度センサ
７０ エアフロメータ
７２，７４ 可変動弁機構
７６ 点火プラグ
2 Diesel engine 8, 78
52, 66
Claims (2)
入力から予測される出力の所定区間における積分値を最小化する当該入力の制御目標値を算出するためのＤＭＣロジックを記憶した記憶手段と、
前記ＤＭＣロジックの入力として前記現在値を用い、前記制御目標値としての前記パラメータの目標値を算出する算出手段と、
所定の制約条件を満たす前記パラメータの凸包によって境界が定義された境界凸包モデルの境界外に前記目標値が属する場合、前記目標値を、前記境界凸包モデルの境界内に属する要素のうち前記目標値に最も近い最寄要素の値に変更する変更手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 Obtaining means for obtaining a current value of a parameter related to pressure fluctuation in the combustion chamber of the internal combustion engine;
Storage means for storing DMC logic for calculating a control target value of the input that minimizes an integral value in a predetermined section of an output predicted from the input;
Calculation means for calculating a target value of the parameter as the control target value using the current value as an input of the DMC logic;
When the target value belongs outside the boundary of the boundary convex hull model in which the boundary is defined by the convex hull of the parameter that satisfies a predetermined constraint condition, the target value is selected from among the elements belonging to the boundary of the boundary convex hull model Change means for changing to the value of the nearest element closest to the target value;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
前記変更手段は、修正後の前記境界凸包モデルの境界外に前記目標値が属する場合、前記目標値を前記最寄要素値に変更することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。 When the target value belongs outside the boundary of the boundary convex hull model and the distance between the nearest element value and the target value is equal to or smaller than a predetermined threshold, the boundary convexity is included so as to include the target value. A correction means for correcting the hull model;
2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the change unit changes the target value to the nearest element value when the target value belongs outside the boundary of the boundary convex hull model after correction. Control device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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