JP3602554B2 - 内燃機関の過給制御システム - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の過給制御システム、さらに詳細には内燃機関の過給装置と、過給を調節するアクチュエータと、圧力、空気体積、空気質量など過給を特徴付ける量(過給に応じて変化する量)の実際値と目標値間の制御偏差を形成する手段と、その制御偏差からアクチュエータを駆動する操作量を出力する制御器と、内燃機関の回転数を検出する手段とを有する内燃機関の過給制御システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の過給圧を制御する方法がEP0323754B1から知られている。同公報においては、検出された過給圧の実際値が目標値よりも小さい補助値と比較される。実際値が補助値より小さい間は、過給圧の上昇率を設定する装置は、最大の上昇率が設定されるように駆動される。その場合、最大の上昇率の値は、測定された過給圧の実際の上昇率、設定されたギヤ位置あるいは吸気温度に関係する。
【0003】
DE3303350A1からはターボチャージャを有する内燃機関の過給圧を制御する開ループ制御と閉ループ制御回路とからなる制御装置が知られている。過給圧を調節するアクチュエータを経験的に求めた操作量の値で駆動することにより所望の過給圧が開ループ制御により粗調節される。閉ループ制御回路はこのように調節された過給圧を、所望の過給圧からの偏差が減少するように補正する。
【0004】
DE1902356B2からはガスタービン駆動装置の燃料制御装置が知られている。この制御装置はPID特性を示し、その場合、比例、積分および微分成分の重みを所定の関数に従って回転数に基づいて変化させることができる。これら成分の重みには回転数の他には他のパラメータは考慮されていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、内燃機関の過給を最適に制御できるようにすることである。さらに取り付けコストをできる限り低く抑えることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明によれば、
内燃機関(100)の過給装置(106、114、116)と、
過給を調節するアクチュエータ(122、124)と、
圧力(pL)、空気体積(QL)、空気質量(mL)のような過給に応じて変化する量の実際値(y)と目標値との制御偏差(e)を形成する手段(134)と、
前記制御偏差(e)からアクチュエータ(122、124)を駆動する操作量(u)を求める閉ループ制御器(136)と、
内燃機関(100)の回転数(n)を検出する手段とを有する内燃機関(100)の過給制御システムにおいて、
前記閉ループ制御器(136)の伝達特性が、内燃機関(100)の回転数(n)と、前記実際値(y)と、前記制御偏差(e)と、前記閉ループ制御器の起動状態(s)とに応じて調節される構成によって解決され、また、この課題は、以下に説明する好ましい実施例によって解決される。
【0007】
【作用】
本発明は、内燃機関の過給を最適に制御することができるという利点を有する。制御器136の伝達関数は閉ループ制御起動後にまず内燃機関の回転数に従って並びに、閉ループ制御起動時点における過給装置を含む内燃機関の出発状態を特徴付ける運転パラメータgに従って変化される。それによって最適な伝達関数で閉ループ制御を開始することが可能になる。その場合まず所望の目標値に可能な限り高速に近付けることに重点がおかれる。
【0008】
リセット回路236によりgの値が誤ったものになるのを避けることができる。例えばギア切り替え過程の間に一時的にエンジンブレーキへの移行が発生することによって、リセット回路236を用いないと、過給装置を含む内燃機関の実際の出発状態を必ずしも最適に再現しないg値が発生する可能性がある。
【0009】
準定常的な運転状態においては、運転パラメータgに関して適した値が固定的に設定される。このg値によって準定常的な運転状態において最適な閉ループ制御を可能にする制御器136の伝達特性が得られる。その場合には重点は正確でかつ安定した閉ループ制御におかれる。
【0010】
本発明の好ましい実施例においては、制御器136の伝達特性を定める係数は内燃機関100の回転数nと運転パラメータgに従って特性値マップに格納される。
【0011】
他の実施例においては、少なくとも1つの係数が固定値を有する。この値は取り付け段階において操作量設定方法に従って計算され、メモリ216に格納される。この手段によって取り付け段階において最適化すべき特性値マップの数、従って取り付け時間が減少する。さらに制御器136の安定性が向上する。
【0012】
【実施例】
以下、図面に示す実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
【0013】
図1は内燃機関100の過給制御システムを示すものである。内燃機関100は吸気路102を介して空気を吸入する。吸気路102には、流れ方向に見て、絞り弁104、コンプレッサ106、吸気温度TLを検出するセンサ108および吸気圧力PLを検出するセンサ110が取り付けられている。絞り弁104の位置はセンサ112によって検出され、このセンサは信号DKを出力する。コンプレッサ106は結合手段114を介して、内燃機関100の排気ガス通路118内に取り付けられたタービン116によって駆動される。バイパス路120を介して排気ガス流の一部をタービン116へ導くことができる。バイパス路120には、バイパス路を完全にあるいは部分的に閉鎖する弁122が取り付けられている。弁122の駆動は駆動装置124によって行われる。
【0014】
内燃機関100には、エンジン温度TMot、ノッキング燃焼解析用の測定データkおよび内燃機関100の回転数nを検出するセンサ126、128および130が取り付けられている。これらのセンサから発生された信号TMot、kおよびnは、必要な場合には適当な電子装置により予め整形した後に、信号DK、TLおよびpに加えてブロック132に供給される。ブロック132は入力信号として正の符号の信号Wを結合点134へ供給する。結合点134には他の入力信号として負の符号を有する信号yが供給される。この信号yはたとえばセンサ110によって検出された吸気圧力PLとすることができる。圧力PLの代わりに信号yは適当なセンサを用いて検出した空気体積(流量)QLあるいは空気質量(流量)mLによっても形成することもできる。
【0015】
結合点134の出力には信号eが出力され、この信号eはさらに閉ループ制御器136へ供給される。制御器136にはさらにブロック138から信号が供給される。制御器136は出力信号として信号uを出力し、この信号はさらにスイッチ140へ導かれる。スイッチ140を用いて選択的に制御器136と駆動装置124間あるいは固定値メモリ(ROM)142と駆動装置124間に接続を形成することができる。この2つの接続状態間の切り替えは、制御ユニット144によりその入力信号DKとnに従って制御線146を介して行なわれる。さらに制御ユニット144はブロック148に信号sを供給する。ブロック148には他の入力信号として信号n、yおよびeが供給され、かつブロック148は出力信号として信号gをブロック138へ出力する。
【0016】
内燃機関100の過給を行う装置102から130の機能は当業者には周知であって、従って以下においては詳しい説明はしない。本発明の本質は、図1に示す参照符号132から148を有する個々の要素からなる制御システムによって内燃機関100の過給を最適に制御することにある。この制御システムによって実際値yとして検出された内燃機関100の過給が目標値wにフィードバック制御される。目標値wはブロック132によって信号n、DK、TL、p、kおよびTMotに従って求められる。結合点134において目標値wから実際値yが引算され、制御偏差eが求められて、更に制御器136に導かれる。
【0017】
最適な制御を得るために、制御器136の伝達特性(応答特性)がブロック138によって最適化される。最適化する場合には内燃機関100の運転パラメータと、コンプレッサ106、タービン116、結合手段114および弁122を備えたバイパス路120からなる過給装置の運転パラメータが考慮される。これら運転パラメータの1つはセンサ130で検出した内燃機関100の回転数nである。他の運転パラメータgは、過給装置がその時の運転状態に基づいてどれだけ高速に所望の過給を実現できるかを示すものである。gが大きい値を有する場合には、過給装置は極めて高速に所望の過給を実現することができる。gの値が低い場合には、所望の過給が実現されるまでに比較的長い時間が経過する。運転パラメータgによる制御特性の調整は、本発明の重要な構成要素であって、それにより内燃機関100の所望の過給を高速かつ正確に調節することができる。パラメータgを求める場合には信号y、e、nおよびsが考慮される。
【0018】
信号sは、閉ループ制御を非起動にするスイッチ140の切り替え位置を示す。閉ループ制御が起動されている場合には、駆動装置124には制御器136から信号が入力される。それに対して閉ループ制御が非起動になっている場合には、駆動装置124には固定値メモリ142から信号が入力される。すなわち過給の閉ループ制御は行われずに、弁122は駆動装置124によって固定値メモリ142によって設定された位置へ移動される。スイッチ140自体はブロック144によって制御される。ブロック144はそれぞれ回転数nと負荷信号として用いられる絞り弁角度DKに従ってスイッチ140を用いて閉ループ制御を起動ないし非起動にする。回転数nと絞り弁角度DKの設定可能なしきい値n0とDK0を越えた場合には、閉ループ制御が起動される。n0とDK0を下回っている場合には閉ループ制御は非起動にされる。
【0019】
図2は図1に示す原理回路図のブロック136、138および148の実施例を示すものである。制御器136は内部的にはI制御器200、P制御器202およびD制御器204から構成され、入力信号としてそれぞれ制御器136の入力に印加される制御偏差eが供給される。I制御器200には制限回路206が接続されており、その出力信号は結合点208へ供給される。結合点208にはさらにP制御器202とD制御器204の出力信号が供給される。結合点208は3つの信号を加算して、それにより発生した加算信号を制限回路210へ供給する。制限回路210の出力信号は制御器136の出力において操作量uとして出力される。
【0020】
制御器には3つの他の入力を介してブロック138から信号Q0、Q1およびQ2が供給される。これらの信号は内部的にI、PおよびD制御器に供給され、その場合、信号Q1はI制御器200にだけ、信号Q0はP制御器202にだけ、そして信号Q2はP制御器202とD制御器204に入力される。
【0021】
以下、制御器136の機能を説明する。
【0022】
I制御器200、P制御器202およびD制御器204の伝達特性はそれぞれ対応する伝達関数によって記述することができ、この伝達関数は信号Q0、Q1およびQ2の少なくとも1つによって調節することができる。伝達関数は次の式によって表される:
I制御器200:
uI(j)=uI(j−1)+Q1*e(j−1)
P制御器202:
uP(j)=(Q0−Q2)*e(j)
D制御器204:
uD(j)=Q2*(e(j)−e(j−1))
なお、uI(j)、uP(j)およびuD(j)は時間jにおける操作量uに対するI、PおよびDの寄与を示し、uI(j−1)は時間j−1における操作量uに対するIの寄与を示す。e(j)とe(j−1)は時間jとj−1における制御偏差eを示す。係数Q0、Q1およびQ2は上述のように入力量Q0、Q1およびQ2として制御器200、202、204に与えられる。制御器200、202および204の操作量uに対する寄与がどれ位の大きさであるか、すなわち制御器136の比例、積分および微分の割合がどれ位強いかは、これらの係数に関係する。従って制御器136の伝達特性は信号Q0、Q1およびQ2によって調節される。
【0023】
さらに制御器136の伝達特性は制限回路206と210によって調節される。制限回路206は、操作量uに対するIの寄与が大きくなり過ぎるのを防止するためにI制御器200の出力信号を制限するために用いられる。この手段は特に制御偏差の符号が変化する場合に好ましい作用をする。というのはそれによって残りのIの寄与量を積分し終るまでの時間を受け入れ可能な程度まで減少させることができるからである。制限回路210は、次の回路に許容できない入力信号が入力されることがないようにするために、操作量uを所定の範囲に制限する。
【0024】
係数Q0、Q1およびQ2の信号を発生するブロック138は内部的に2つの特性値マップ212、214と固定値メモリ216から構成される。固定値メモリ216には係数Q0に関する値が格納されている。係数Q1とQ2は、特性値マップ212、214から回転数nとブロック148から得られる運転パラメータgに従って求められる。
【0025】
係数Q0に対して固定値メモリ216に格納される値は取り付け段階(実装段階)において操作量設定処理に従って計算される。この計算には最大制御偏差emaxと最大許容操作量umaxが次の式に従って取り入れられる:
Q0=umax/emax
係数Q1とQ2に関する特性値マップ212、214は取り付け段階においてコンピュータ支援により、あるいは経験的な最適化方法によって求められる。運転段階において十分にコンピュータ能力を使用できる場合には、特性値マップを用いなくてもそれぞれ回転数nと運転パラメータgに関する実際の値から係数Q1とQ2をリアルタイムで求めることができる。
【0026】
上述の式に従って係数Q0を定めることによって取り付けの手間ないしは運転中の計算時間の手間を著しく減少させることができる。というのは3つの係数Q0、Q1およびQ2のうち最適化方法で求めるのは2つの係数Q1とQ2しか残らないからである。
【0027】
ブロック148は信号y、e、nおよびsから運転パラメータgを求めるという課題を有し、閉ループ制御がアクティブでない場合でも常にアクティブであり続ける。このブロックの内部は以下のような回路構成になっている。
【0028】
特性曲線218の入力は、信号yが印加されるブロック148の入力と接続されている。特性曲線218の出力には運転パラメータgの概略信号が出力される。この出力信号は、制御線222を介してしきい値回路224によって制御されるスイッチ220の2つの接点の一方に印加される。しきい値回路224の入力は、信号eが印加されるブロック148の入力と接続されている。スイッチ220の他方の接点はローパス(フィルタ)226の第1の入力と接続されている。
【0029】
ローパス226の第2の入力には特性曲線228の出力信号が印加され、この特性曲線にはローパスの時定数が内燃機関100の回転数nに従って格納されている。特性曲線228の入力は、回転数nが印加されるブロック148の入力と接続されている。ローパス226の第3の入力はスイッチ230を介して固定値メモリ232の出力と接続されている。スイッチ230は制御線234を介してリセット回路236によって作動される。リセット回路236の入力は、信号sが印加されるブロック148の入力と接続されている。ローパス226の出力は、制御線222を介してしきい値回路224によって作動されるスイッチ238を介してブロック148の出力と接続されている。ローパスの代わりに、固定値メモリ240の出力をスイッチ238を介してブロック148の出力と接続することも可能である。
【0030】
図2に示すブロック148の内部の回路構成を用いて運転パラメータgを2つの方法に従って定めることができる。しきい値回路224が2つの方法のうちいずれを使用するかを決定し、それに従ってスイッチ220と238を制御する。判断基準としては、制御偏差eと設定可能なしきい値e0との比較を用いることができる。
【0031】
制御偏差eがしきい値e0より小さい場合には、gは次の方法に従って定められる。すなわち、運転パラメータgは固定値メモリ240から読み出される。この方法の場合にはスイッチ220は閉じられ、スイッチ238により固定値メモリ240の出力がブロック148の出力と接続される。この第1の方法は準定常的な運転領域で使用され、そのようにして求められたg値は、過給を安定的かつ正確に閉ループ制御する係数Q1とQ2をもたらす(弱い制御作用)。
【0032】
それに対して制御偏差eがしきい値e0より大きい場合には、第2の方法が使用される。この方法においては特性曲線218を用いて実際値yから求められた概略値gがローパス226を介してブロック148の出力へ導かれる。この第2の方法においてはスイッチ220は開放され、スイッチ238によりローパス226の出力がブロック148の出力と接続される。従って、ローパス226の出力には、閉ループ制御が起動されている場合に制御偏差eがしきい値e0を越える直前にローパス226に発生するgの値が得られる。すなわち係数Q1とQ2を定めるg値は、しきい値e0を越えたときの内燃機関100と過給装置のおかれている運転状態から導き出される。制御偏差eが最初から、すなわち閉ループ制御の起動時すでにしきい値e0より大きい場合には、閉ループ制御を起動する直前に求められた値gがローパス226の出力に出力される。この第2の方法は特に閉ループ制御起動後の初期段階において、あるいは目標値の変化が激しい場合に使用され、対応する係数Q1とQ2を介して最適な閉ループ制御速度を可能にする(強い制御作用)。
【0033】
次に運転パラメータgを定める第2の方法を詳細に説明する。
【0034】
過給圧を閉ループ制御するシステムが起動されているかあるいは非起動になっているかに関係なく、特性曲線218を介して常時実際値yに対応するg値が求められる。特性曲線218に格納されている実際値gに対する運転パラメータgの関係は取り付け段階においてそれぞれの車両タイプないしエンジンタイプに関して定められる。そのために代表的な運転状況に対する実際値yが定められ、それぞれ運転パラメータgの適当な値が対応付けられる。本発明の好ましい実施例においては運転パラメータgは0と1間の値を取り、その場合に値0はエンジンブレーキ(減速運転)を示し、値0.5は下方部分負荷を、そして値1は平均的な(中域の)負荷を示す。その間の値は例えば補間によって求めることができる。
【0035】
特性曲線218の出力には常時運転パラメータgの実際値が得られる。しかしgの実際値は、制御偏差eがしきい値e0より小さい場合、あるいは閉ループ制御が非起動になっている場合にのみ、スイッチ220を介してローパス226の入力に印加される。従って最終的にブロック138に供給されるg値は、通常は特性曲線218から出力されるg値とは異なる。というのは第2の方法の場合にはスイッチ220は開放されており、従って特性曲線218の出力とローパス226の入力との接続は遮断されているからである。ブロック138に供給されるべきg値を求める場合に、第2の方法においては、スイッチ220が開放される直前にローパス226の出力に現れたg値が用いられる。
【0036】
ローパス226を時間的にできるだけ正確に適合させるために、ローパス226の伝達特性を決定する時定数は回転数に関係する特性曲線228によって設定される。
【0037】
所定の運転状態においては、ローパスフィルタ226の伝達特性に他の作用が行われる。この他の作用は、リセット回路236がその入力信号sから閉ループ制御の非起動、すなわち閉ループ制御状態から非閉ループ制御状態への移行を検出した場合には常に行われる。その場合にはリセット回路236はスイッチ230を短時間閉じ、すぐにまた開放するので、ローパス226は短い期間固定値メモリ232の出力と接続される。この短時間の接続によって、ローパス226は固定値メモリ232に格納された値にリセットされる。閉ループ制御が非起動になる瞬間にローパス226をリセットすることによって、新たに閉ループ制御が起動された場合に内燃機関100と過給装置の実際の出発状態を最適に再現しないg値が求められてしまうことが防止される。それについての詳細は図4とそれに関連する説明に示されている。
【0038】
図3は、目標値wを出力する図1のブロック132の実施例を示すものである。ブロック132の内部の回路素子には、ブロック132の対応する入力への接続線を介して入力信号n、DK、TL、p、kおよびTMotが供給される。特性値マップ300の2つの入力には絞り弁角度DKに関する信号と内燃機関100の回転数nに関する信号が印加される。特性値マップ300の出力は特性値マップ302の入力と接続されている。特性値マップ302の他の入力には内燃機関100によって吸入された空気の温度TLに関する信号が印加される。特性値マップ302は場合によっては回転数信号nが印加される他の入力を有する(点線で示す)。特性値マップ302の出力はさらに特性値マップ304の入力へ導かれている。特性値マップ304の他の入力には大気の空気圧pに関する信号が印加される。
【0039】
特性値マップ304の出力信号はノッキング低減装置306へ供給され、同装置の他の入力には場合によってはノッキング燃焼を知らせる信号kが印加される。ノッキング低減装置306は必要に応じて設けるものであって、設けなくてもよい。ノッキング低減装置306の出力信号はローパス(フィルタ)308の入力に印加される。ローパス308の他方の入力にはローパスの時定数を定める特性曲線310の出力が印加される。特性曲線310の入力には内燃機関の温度TMotに関する信号が印加される。ローパス308は出力信号として目標値wを出力し、この目標値はブロック132の出力に出力される。目標値wの以降の処理については図1と2から明らかである。
【0040】
次に、図3に示すブロック132の機能原理を説明する。
【0041】
特性値マップ300は絞り弁角度DKと内燃機関の回転数nに従って目標値wの基本値を出力する。この基本値は特性値マップ302によって過給気の温度TLに従って、また必要な場合には内燃機関の回転数nに従って補正される。特性値マップ304によって、大気の空気圧pに従って補正を行う他の補正が行なわれる。選択的にノッキング低減装置306が接続され、このノッキング低減装置はノッキング燃焼が発生した場合目標値wの補正された基本値を低減させる。ローパス308によって内燃機関の運転状態への適合が行われ、その場合に運転状態は内燃機関の温度TMotを介して検出される。ローパス308の時定数はTMotに従って特性曲線310から読み出される。それによってエンジンが冷たい場合の危険なオーバーシュート状態が防止される。
【0042】
図4にはリセット回路236がローパス226の出力のg値の時間的推移に与える影響が示されている。実線で示す波形は時間t1においてローパス226がリセットされる場合に当てはまり、点線で示す波形はリセットがなされない場合に当てはまる。
【0043】
時間軸上に図示された時点t1において、車両の運転者が例えばギア切り替えを行なおうとして、あるいは車速を減少させようとして、アクセルペダルから足を離す。従って実際値yは低下し、その結果特性曲線218から求められたg値もt1から急激に低下する。
【0044】
アクセルを離すことによって閉ループ制御が非起動になるので、スイッチ220が閉成されて、特性曲線218の出力がローパス226の入力と接続される。従って時点t1からはローパス226に低い値が与えられ、ローパス226の出力信号は図4に点線で示すカーブに示すようにローパス226の時定数に従って低下する。ローパス226の出力信号はその入力信号とは異なり急激に低下はしないが、内燃機関100と過給装置の実際の運転状態に対応するよりも急速に低下する。
【0045】
時間t1後の期間dt内で再度閉ループ制御が起動されると、他の手段をとらないとローパス226から低過ぎるg値が出力されて、ブロック138に供給されてしまう。それを防止するために、時間t1でリセット回路236によってローパス226のリセットが行われる。それによってローパス226から出力されるg値は時間t1で図2の固定値メモリ232に格納されている値まで飛躍的に上昇し、その後ローパス226の時定数に従って低下する(実線のカーブ)。それによって時間t1からは実線で示すカーブが点線で示すカーブの上方にくるようになり、点線で示すカーブよりも良好に実際の運転状態が再現される。2つのカーブ間の距離は時間t1で最大となり、その後連続的に減少する。従ってローパス226のリセットは特に、時間t1後すぐに閉ループ制御が再度起動された場合、例えばギア切り替え過程が終了した場合に有効になる。
【0046】
ここで示した内燃機関の過給制御システムに関連して、制御量としては例えば過給圧、空気体積(流量)あるいは空気質量(流量)など内燃機関の過給を特徴づけるすべての量が適している。閉ループ制御システムを選択された制御量に整合させることは当業者には周知である。この整合の際に例えば適当なセンサが選択され、それに対応して目標値、特性曲線および特性値マップの調整が行われる。
【0047】
上述のPID制御器136の代わりに、少なくとも1つのP制御器および/または少なくとも1つのI制御器および/または少なくとも1つのD制御器からの組み合せを選択することも可能である。
【0048】
本発明の好ましい実施例においては、弁122の代わりに連続的あるいは所定のクロックで開閉される電磁弁が使用される。さらにタービン116と同様に、コンプレッサ106にバイパス路を設けることもでき、ないしはコンプレッサ106のバイパス路をタービン116のバイパス路で代用することもできる。
【0049】
他の実施例においては過給装置にはバイパス路120に加えて、あるいはバイパス路120ないしは複数のバイパス路の代わりに過給を調節する可変機構が設けられる。その場合この機構の変化は駆動装置124によって制御される。
【0050】
タービン駆動の過給装置の代わりに内燃機関によって機械的に駆動されるコンプレッサを使用することも可能である。
【0051】
ローパス226は、リセット回路236によってリセットされたときに出力されるg値が固定値メモリ232に格納されている値に上昇するのではなく、その値だけ上昇するように構成することも可能である。
【0052】
本発明の他の実施例においては、ローパス308と特性曲線310は設けられない。この実施例においては内燃機関100の運転状態への適合は、I制御器200の出力信号を制限する制限回路206を介して行われる。そのために制限回路206は、I制御器200の出力信号を内燃機関100の温度TMotおよび/または回転数nに従って制限するように構成される。
【0053】
要約して説明すると、内燃機関100の過給を制御する上述のシステムにおいては閉ループ制御回路を用いて内燃機関の過給を特徴づける量が制御される。閉ループ制御を最適化するために制御器136の伝達特性が内燃機関100の回転数nと、内燃機関100および過給装置の運転状態の動特性を特徴づける運転パラメータgによって調節される。制御偏差eが大きい場合には、運転パラメータgは制御量の実際値yから導き出される。閉ループ制御が非起動になったとき運転パラメータgの値を上昇させることによって、すぐその後で閉ループ制御が再起動された場合運転パラメータgが誤った値になるのが防止される。制御偏差eが小さい場合には定常的な運転状態が考えられ、運転パラメータgについて経験値が用いられる。
【0054】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、過給制御のための閉ループ制御器の伝達特性を、内燃機関の回転数と、過給に応じて変化する量の実際値と、その目標値からの制御偏差と、閉ループ制御器の起動状態とに応じて調節するようにしているので、閉ループ起動時点における内燃機関の状態を特徴付けるパラメータに応じた最適な伝達関数で閉ループ制御を開始することができ、内燃機関の過給を最適に制御することが可能になる、という優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】内燃機関の過給圧制御システムの原理構成を示す構成図である。
【図2】図1に示す構成図の一部の詳細な実施例を示す回路ブロック図である。
【図3】図1の目標値を設定する回路の実施例を示すブロック図である。
【図4】図2のローパスフィルタの出力側における信号特性を示すグラフ図である。
【符号の説明】
100 内燃機関
102 吸気管
104 絞り弁
106 コンプレッサ
108 吸気温度センサ
110 吸気圧センサ
112 絞り弁位置センサ
116 タービン
118 排気ガス通路
120 バイパス路
122 弁
124 駆動装置
136 制御器
142 固定値メモリ
144 制御ユニット
206 制限回路
210 制限回路
218 特性曲線
224 しきい値回路
226 ローパス
228 特性曲線
232 固定値メモリ
240 固定値メモリ
Claims (9)
- 内燃機関(100)の過給装置(106、114、116)と、
過給を調節するアクチュエータ(122、124)と、
圧力(pL)、空気体積(QL)、空気質量(mL)のような過給に応じて変化する量の実際値(y)と目標値との制御偏差(e)を形成する手段(134)と、
前記制御偏差(e)からアクチュエータ(122、124)を駆動する操作量(u)を求める閉ループ制御器(136)と、
内燃機関(100)の回転数(n)を検出する手段とを有する内燃機関(100)の過給制御システムにおいて、
前記閉ループ制御器(136)の伝達特性が、内燃機関(100)の回転数(n)と、前記実際値(y)と、前記制御偏差(e)と、前記閉ループ制御器の起動状態(s)とに応じて調節されることを特徴とする内燃機関の過給制御システム。 - 閉ループ制御器(136)がP制御器、またはI制御器、またはD制御器を有し、その場合、uP(j)、uI(j)、uD(j)を、時間jでの操作量(u)に寄与する比例(P)、積分(I)、微分(D)の各成分の値、uI(j−1)を、時間(j−1)での操作量(u)に寄与する積分成分の値、Q0をP制御器の入力信号、Q1をI制御器の入力信号、Q2をP制御器とD制御器の入力信号、e(j)、e(j−1)を時間jと(j−1)における前記制御偏差(e)として、P制御器(202)の伝達特性が式uP(j)=(Q0−Q2)*e(j)によって、I制御器(200)の伝達特性が式uI(j)=uI(j−1)+Q1*e(j−1)によって、およびD制御器(204)の伝達特性が式uD(j)=Q2*(e(j)−e(j−1))によって記述されることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記入力信号(Q0、Q1、Q2)の少なくとも1つが回転数(n)および前記実際値(y)から求められるパラメータ(g)に従って特性値マップから求められることを特徴とする請求項2に記載のシステム。
- emaxを最大制御偏差、umaxを最大許容操作量として、前記P制御器の入力信号Q0が、式Q0=umax/emaxに従って固定的に設定されることを特徴とする請求項2あるいは3に記載のシステム。
- 閉ループ制御器(136)の伝達特性は、制御偏差(e)が設定可能なしきい値(e0)より大きい場合にのみ、前記実際値(y)から求められるパラメータ(g)に従って選択されることを特徴とする請求項1から4までのいずれか1項に記載のシステム。
- 前記パラメータ(g)を計算するためにローパス(226)が設けられることを特徴とする請求項5に記載のシステム。
- ローパス(226)が回転数に依存する時定数を有することを特徴とする請求項6に記載のシステム。
- 閉ループ制御の運転状態から非閉ループ制御の運転状態へ移行する際にローパス(226)が選択可能なパラメータ値(g)にリセットされることを特徴とする請求項6あるいは7に記載のシステム。
- 閉ループ制御器(136)が内部的にP制御器(202)、I制御器(200)およびD制御器(204)から構成され、
P制御器(202)、I制御器(200)およびD制御器(204)の入力が互いに接続されるとともに閉ループ制御器(136)の入力と接続されており、
P制御器(202)とD制御器(204)の出力が直接結合点(208)と接続されており、
I制御器(200)の出力は、制限作用が固定的に設定されるかあるいは内燃機関(100)の温度(TMot)または回転数(n)に従ってI制御器(200)の出力を制限する制限回路(206)を介して結合点(208)と接続されており、
結合点(208)の出力が他の制限回路(210)を介して閉ループ制御器(136)の出力と接続されていることを特徴とする請求項1から8までのいずれか1項に記載のシステム。
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