JP2017040174A - Egr control system for internal combustion engine, internal combustion engine and egr control method for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
【課題】気筒内酸素濃度に基づいて、EGRバルブの開度を制御する内燃機関のEGRシステムで、気筒内酸素濃度算出値の算出に用いる吸気流量を精度よく算出して、EGR制御の精度を向上できる内燃機関のEGR制御システム、内燃機関及び内燃機関のEGR制御方法を提供する。【解決手段】サイクル当たり気筒内吸気流量Mcylに対して、エンジン冷却水温度の影響を考慮して、予め実験若しくは試験で求めた冷却水補正係数Cを伴う、エンジン冷却水温度Tclntによる補正項F1で補正し、更に、背圧の影響を補正するために、実験若しくは試験の結果から、又は、サイクルシミュレーション結果から求めた、排気圧力Pexmによる補正項F2で補正する。【選択図】図3An EGR system for an internal combustion engine that controls the opening degree of an EGR valve based on the in-cylinder oxygen concentration accurately calculates an intake air flow used for calculating an in-cylinder oxygen concentration calculation value, thereby improving the accuracy of EGR control. An internal combustion engine EGR control system, an internal combustion engine, and an internal combustion engine EGR control method that can be improved are provided. A correction term F1 by an engine coolant temperature Tclnt with a coolant correction coefficient C obtained in advance through experiments or tests in consideration of the influence of the engine coolant temperature on the in-cylinder intake flow rate Mcyl per cycle. Further, in order to correct the influence of the back pressure, correction is performed with the correction term F2 based on the exhaust pressure Pexm obtained from the result of the experiment or test or from the result of the cycle simulation. [Selection] Figure 3
Description
本発明は、EGR通路にEGRバルブを有して構成されるEGRシステムを備えた内燃機関で、気筒内酸素濃度に基づいてEGRバルブの開度を制御する内燃機関のEGR制御システム、内燃機関、及び内燃機関のEGR制御方法に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine having an EGR system configured to have an EGR valve in an EGR passage, and an EGR control system for an internal combustion engine that controls the opening degree of the EGR valve based on the in-cylinder oxygen concentration, an internal combustion engine, And an EGR control method for an internal combustion engine.
一般的に、車両に搭載されるディーゼルエンジン等の内燃機関には、排気ガスに含まれるNOx(窒素酸化物)の濃度を一定濃度以下に制御するために、EGRシステムが備えられる。このEGRシステムは、図1に示すように、内燃機関10の排気通路13と吸気通路12を接続するEGR通路14と、このEGR通路14に設けられるEGRクーラー15、EGRバルブ16等により構成されるシステム1である。このEGRシステム1により、排気通路13を通過する排気ガスGの一部(EGRガス)Geを、EGR通路14を経由して吸気通路12に還流させて、新気Aと共に気筒11c内に供給することで、気筒11c内での燃焼温度を低下させ、排気ガスGに含まれるNOxの濃度を制御している。一般的に、気筒11c内での燃焼温度が低下するにつれて、排気ガスGに含まれるNOxの濃度が低減することが知られている。
In general, an internal combustion engine such as a diesel engine mounted on a vehicle is provided with an EGR system in order to control the concentration of NOx (nitrogen oxide) contained in exhaust gas to a certain concentration or less. As shown in FIG. 1, the EGR system includes an
また、これに関連して、内燃機関の負荷にかかわらず低圧EGRの流量を一定となるようにフィードフォワード制御するとともに、排気中の酸素濃度が一定となるように、高圧EGRの流量をその目標値にフィードバック制御する内燃機関の排気還流制御装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In this connection, the feed-forward control is performed so that the flow rate of the low pressure EGR is constant regardless of the load of the internal combustion engine, and the flow rate of the high pressure EGR is set to the target so that the oxygen concentration in the exhaust gas is constant. An exhaust gas recirculation control device for an internal combustion engine that performs feedback control to a value has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
一方、発明者らは、図4に示すようなEGR制御システム40Xで、エンジン回転数及び燃料噴射量等のエンジン運転状態に基づいて算出される第1NOx目標値Nt1に、実際の排気ガスG中のNOx濃度がなるように、気筒内酸素濃度に基づいて、EGRバルブ16の開度を制御することを考えてきた。
On the other hand, the inventors use the
すなわち、EGRバルブ16の開度を制御する目標開度の制御量Cは、気筒内酸素濃度目標値Dtを基に第4制御部44のフィードフォワード制御で算出される基本制御量(プリ制御量)Caに、気筒内酸素濃度目標値Dtと、各種センサからの入力を基に算出される気筒内酸素濃度算出値Dcとの差(誤差)ΔD(=Dt−Dc)を基に第5制御部45のフィードバック制御(PID制御)で算出される補正制御量Cbを加算してバルブ制御量Cが算出される(C=Ca+Cb)。
That is, the control amount C of the target opening degree that controls the opening degree of the
より詳細に説明すると、吸入空気流量センサ21、吸気圧力センサ22、吸気温度センサ23などの吸気系センサ群Sg1と排気ラムダセンサ24などの排気系センサ群Sg2からの検出値を基に、第1制御部41Xで、NOx濃度算出値Ncが算出される。それと共に、NOx濃度検出値Ndを基本としてNOx濃度算出値Ncによる算出値を補正する値を用いて、制御用の算出値を補正するとの考えに基づいて、NOx補正部46で、NOx濃度センサ20の検出値であるNOx濃度検出値Ndが入力され、このNOx濃度検出値NdとNOx濃度算出値NcとからNOx補正係数(補正比率)Ncf=Nd/Ncが算出される。
More specifically, based on detection values from the intake system sensor group Sg1 such as the intake air flow rate sensor 21, the
一方、エンジン回転数及び燃料噴射量に基づいてマップデータを参照する等して、第1NOx目標値Nt1が算出され、この目標値Nt1に対して、第2制御部42で、スモークリミットを考慮して第2NOx目標値Nt2が算出され、更に、内燃機関の運転状態が定常状態であるときに、NOx補正係数Ncfを乗じて、第3NOx目標値Nt3(=Nt2×Ncf=Nt2×Nd/Nc)が算出される。また、内燃機関の運転状態が過渡状態であるときには、NOx補正係数NCfによる補正を行わず、補正比率を1として、第3NOx目標値Nt3が算出される(Nt3=Nt2×1=Nt2)。
On the other hand, the first NOx target value Nt1 is calculated by referring to the map data based on the engine speed and the fuel injection amount, and the
この第3NOx目標値Nt3に対して、第3制御部43で、気筒内酸素濃度目標値Dtが算出され、第4制御部44でフィードフォワード制御(プリ制御)の目標値である基本制御量(プリ制御量)Caが算出される。それと共に、第5制御部45で、気筒内酸素濃度目標値Dtと第1制御部41で算出された気筒内酸素濃度算出値Dcとを入力して、フィードバック制御(PID制御)の目標値である補正制御量Cbが算出される。加算部47で、この基本制御量Caと補正制御量Cbとが加算されてバルブ制御量Cが算出される。このバルブ制御量CでEGRバルブ16の開度が調整制御される。
With respect to the third NOx target value Nt3, the
この先行技術の内燃機関のEGR制御システム40Xでは、第5制御部45におけるEGRバルブ16の開度の補正制御量Cbの算出に、第1制御部41Xで算出される気筒内酸素濃度算出値Dcを用いているが、この気筒内酸素濃度算出値Dcの算出に際しては、図5に示すような気筒内吸気流量算出部41Xaで、吸気圧力センサ22の検出値である吸気圧力Pinm、吸気温度センサ23の検出値である吸気温度Tinmを用いて、燃焼サイクル(吸気工程→圧縮工程→燃焼工程→排気工程)当たりの気筒内11cへ流入するサイクル当たり吸気流量(質量流量)Mcylを算出している。
In this
そして、先行技術においては、このサイクル当たり吸気流量Mcylの算出には、下記(1)式を用いている。
ここで、Mcylは燃焼サイクル当たり吸気流量(単位:g/cyl)、Pinmは吸気圧力(単位:kPa)、Vcylはサイクル当たり気筒内体積(単位:m3)、Rは気体定数(単位:J/g・K)、Tinmは吸気温度(単位:K)、ηcylは体積効率、Tinmrは、エンジン回転数Ne及び燃料噴射量qに対して予め設定されている吸気温度の基準値(単位:K)、αは実験より演算されて求められた吸気温度補正乗数である。 Here, Mcyl is the intake flow rate per combustion cycle (unit: g / cyl), Pinm is the intake pressure (unit: kPa), Vcyl is the cylinder volume per cycle (unit: m 3 ), and R is the gas constant (unit: J). / G · K), Tinm is the intake air temperature (unit: K), ηcyl is the volumetric efficiency, Tinmr is the reference value (unit: K) of the intake air temperature that is preset for the engine speed Ne and the fuel injection amount q. ), Α is an intake air temperature correction multiplier calculated by experiment.
これに関連して、吸気空気量の演算において、制御時の冷却水温度と基準運転状態における冷却水温度の比と、冷却水水温補正乗数とを使用しての冷却水水温による補正に加えて、更に、吸気圧力と排気圧力の比(吸気対排気圧力)と圧力補正乗数とを使用しての排気圧力による補正で、体積効率の変動分を補正演算して吸気空気量を算出する空気流量センサ校正装置や吸入空気量演算方法が提案されている(例えば、特許文献2、3参照)。
In this connection, in the calculation of the intake air amount, in addition to the correction by the cooling water temperature using the ratio of the cooling water temperature at the time of control and the cooling water temperature in the reference operation state, and the cooling water temperature correction multiplier. Furthermore, the air flow rate for calculating the intake air amount by correcting the volume efficiency variation by correcting the exhaust pressure using the ratio of the intake pressure to the exhaust pressure (intake to exhaust pressure) and the pressure correction multiplier. Sensor calibration devices and intake air amount calculation methods have been proposed (see, for example,
しかしながら、これらの先行技術における吸気流量(吸気空気量)の算出では、吸気圧力及び吸気温度を用い、更に、エンジン冷却水温度及び、排気圧力の影響を考慮しているが、単純な「冷却水温度と基準冷却水温との比」及び「吸気圧力と排気圧力の比」による補正であり、より補正の精度を上げるためには、まだ、向上の余地が残されていた。 However, in the calculation of the intake air flow rate (intake air amount) in these prior arts, the intake pressure and the intake air temperature are used and the influence of the engine coolant temperature and the exhaust pressure is taken into consideration. The correction is based on the ratio between the temperature and the reference cooling water temperature and the ratio between the intake pressure and the exhaust pressure, and there is still room for improvement in order to increase the accuracy of the correction.
本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、EGR通路にEGRバルブを有して構成されるEGRシステムを備えた内燃機関で、気筒内酸素濃度に基づいて、EGRバルブの開度を制御する内燃機関のEGRシステムに関し、気筒内酸素濃度算出値の算出に用いる吸気流量を精度よく算出して、EGR制御の精度を向上できる内燃機関のEGR制御システム、内燃機関及び内燃機関のEGR制御方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is an internal combustion engine including an EGR system configured to have an EGR valve in an EGR passage, and based on the oxygen concentration in the cylinder. An EGR system for an internal combustion engine that controls the opening of a valve, and an EGR control system for an internal combustion engine that can improve the accuracy of EGR control by accurately calculating the intake flow rate used to calculate a calculated value of in-cylinder oxygen concentration, An object of the present invention is to provide an EGR control method for an internal combustion engine.
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関のEGR制御システムは、EGR通路にEGRバルブを有して構成されるEGRシステムを備えた内燃機関で、EGRのNOx濃度目標値に対応する気筒内酸素濃度目標値に基づいて、前記EGRバルブの開度を制御する内燃機関のEGR制御システムにおいて、吸気通路に吸気圧力センサと吸気温度センサを、排気通路に排気圧力センサを、エンジン冷却水用流路にエンジン冷却水温度センサをそれぞれ設けると共に、前記EGRシステムを制御する制御装置が、前記気筒内酸素濃度目標値を算出する際に用いる吸気流量の算出に際して、前記吸気圧力センサの検出値である吸気圧力をPinm、前記吸気温度センサの検出値である吸気温度をTinm(K)とし、気体定数をR、サイクル当たり気筒内体積をVcyl、体積効率をηcyl、エンジン回転数Ne及び燃料噴射量qに対して予め設定されている吸気温度の基準値をTinmr(K)、吸気温補正乗数をαとして、下記(1)式で算出された質量流量のサイクル当たり吸気流量Mcylに対して、
エンジン冷却水温度をTclnt(K)、エンジン回転数Ne及び燃料噴射量qに対して予め設定されているエンジン冷却水温度の基準値をTclntr(K)、Cを冷却水補正係数として、下記(2)式によって算出される水温補正量F1と、
つまり、吸気圧力及び吸気温度の影響を考慮して設定された、先行技術の上記(1)式で算出されるサイクル当たり気筒内吸気流量Mcylに対して、エンジン冷却水温度の影響を考慮して、基準運転状態の冷却水温度Tclntrからずれた冷却水温度Tclntの影響を、予め実験若しくは試験で求めた冷却水補正係数Cを伴う上記(2)式のエンジン冷却水温度Tclntによる補正項(エンジン冷却水温度補正項)F1で補正し、更に、背圧の影響を補正するために、実験若しくは試験の結果から、又は、サイクルシミュレーション結果から求めた(3)式の排気圧力Pexmによる補正項(排気圧力補正項)F2で補正する。 That is, the influence of the engine coolant temperature is taken into consideration with respect to the in-cylinder intake flow rate Mcyl per cycle, which is set by taking into consideration the influence of the intake pressure and the intake air temperature, and is calculated by the above equation (1). The correction term by the engine cooling water temperature Tclnt in the above equation (2) with the cooling water correction coefficient C obtained in advance through experiments or tests is used for the influence of the cooling water temperature Tclnt deviating from the cooling water temperature Tclntr in the reference operation state (engine (Cooling water temperature correction term) In order to correct by F1, and further to correct the influence of the back pressure, a correction term by the exhaust pressure Pexm of equation (3) obtained from the result of experiment or test or from the result of cycle simulation ( The exhaust pressure correction term is corrected by F2.
すなわち、水温補正量F1による補正は冷却損失の変動による体積効率への感度を補正できるものであり、排気圧力補正量F2は背圧の変動による体積効率への感度を補正できるものである。 That is, the correction by the water temperature correction amount F1 can correct the sensitivity to the volume efficiency due to the variation of the cooling loss, and the exhaust pressure correction amount F2 can correct the sensitivity to the volume efficiency due to the variation of the back pressure.
なお、この(3)式は関数の形で表示しているが、具体的には、Pinmを縦軸、Pexmを横軸にしたF2の値のマップデータ等を参照して算出する。例えば、図6に示すようなマップデータで、吸気圧力Pinmと排気圧力Pexhのそれぞれの基準値にて参照される標準体積効率の値aと、現在の吸気圧力Pinm、排気圧力Pexhにて参照される標準体積効率の値bの比が排気圧力補正量(補正係数)F2となる。 The equation (3) is expressed in the form of a function. Specifically, the equation (3) is calculated with reference to map data of the value of F2 with Pinm as the vertical axis and Pexm as the horizontal axis. For example, in the map data as shown in FIG. 6, the standard volume efficiency value a referred to by the respective reference values of the intake pressure Pinm and the exhaust pressure Pexh, and the current intake pressure Pinm and the exhaust pressure Pexh are referred to. The ratio of the standard volumetric efficiency value b is the exhaust pressure correction amount (correction coefficient) F2.
また、吸排気ポートにおいて圧縮性流体の質量流量式を計算する場合を考えると、各ポートにおける圧力比が体積効率に影響を及ぼすことが考えられる。すなわち、例えば、排気圧力Pexmが高い場合には、排気ポート圧力比が高くなることで排気が不十分となる。これは、続く吸気行程中のシリンダガス圧増加に繋がるため、吸気ポート圧力比を上げる要因となり、結果として体積効率の低下を及ぼすことになると考えられる。 Further, considering the case of calculating the mass flow rate equation of the compressive fluid at the intake and exhaust ports, it is considered that the pressure ratio at each port affects the volume efficiency. That is, for example, when the exhaust pressure Pexm is high, the exhaust port pressure ratio becomes high, resulting in insufficient exhaust. Since this leads to an increase in cylinder gas pressure during the subsequent intake stroke, it is considered that the intake port pressure ratio is increased, resulting in a decrease in volumetric efficiency.
より簡単に言えば、車両の内燃機関における気筒内吸気流量Mcylの算出において、吸気温度Tinm、吸気圧力Pinmに加えて、補正用のパラメータとして排気圧力Texm、及びエンジン冷却水温度Tclntを用いて、先行技術より精度のよい補正をする。なお、この排気圧力Pexmとしては、排気ポートの圧力を用いたり、EGRクーラーの出口圧力を用いることもできる。 More simply, in the calculation of the in-cylinder intake flow rate Mcyl in the internal combustion engine of the vehicle, in addition to the intake air temperature Tinm and the intake air pressure Pinm, the exhaust pressure Texm and the engine coolant temperature Tclnt are used as correction parameters. Make more accurate correction than the prior art. As the exhaust pressure Pexm, the exhaust port pressure or the outlet pressure of the EGR cooler can be used.
この構成によれば、エンジン冷却水温度の影響と排気圧力の影響を考慮して算出された精度の高い気筒内吸気流量を用いて、気筒内酸素濃度算出値の算出に用いる吸気流量を精度よく算出することができるので、EGRバルブの開度の制御量を高精度で算出することができ、その結果、EGRバルブの開度を高精度で制御することができる。 According to this configuration, the intake air flow used for calculating the calculated oxygen concentration in the cylinder can be accurately calculated using the highly accurate in-cylinder intake flow calculated in consideration of the effects of the engine coolant temperature and the exhaust pressure. Since it can be calculated, the control amount of the opening degree of the EGR valve can be calculated with high accuracy, and as a result, the opening degree of the EGR valve can be controlled with high accuracy.
上記の内燃機関のEGR制御システムにおいて、前記サイクル当たり気筒内体積Vcylとして、圧縮比をε、比熱比をκとしたときに、前記吸気圧力Pinmと前記排気圧力Pexmを使用して、下記(4)式で算出される前記サイクル当たり気筒内正味体積V´cylを使用するように構成される。
この構成にすると、更に、排気圧力Pexmの影響を取り入れることができ、より精度よく気筒内酸素濃度算出値の算出に用いる吸気流量を算出することができる。 With this configuration, the influence of the exhaust pressure Pexm can be further taken in, and the intake flow rate used for calculating the cylinder oxygen concentration calculation value can be calculated with higher accuracy.
また、上記の内燃機関のEGR制御システムを搭載した内燃機関は、上記の内燃機関のEGR制御システムと同様の作用効果を奏することができる。 An internal combustion engine equipped with the EGR control system for an internal combustion engine can achieve the same effects as the EGR control system for the internal combustion engine.
また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関のEGR制御方法は、EGR通路にEGRバルブを有して構成されるEGRシステムを備えた内燃機関で、EGRのNOx濃度目標値に対応する気筒内酸素濃度目標値に基づいて、前記EGRバルブの開度を制御する内燃機関のEGR制御方法において、前記EGRシステムを制御する制御装置が、前記気筒内酸素濃度目標値を算出する際に用いる吸気流量の算出に際して、吸気圧力センサの検出値である吸気圧力をPinm、吸気温度センサの検出値である吸気温度をTinm(K)とし、気体定数をR、サイクル当たり気筒内体積をVcyl、体積効率をηcyl、エンジン回転数Ne及び燃料噴射量qに対して予め設定されている吸気温度の基準値をTinmr(K)、吸気温補正乗数をαとして、下記(1)式で算出された質量流量のサイクル当たり吸気流量Mcylに対して、
エンジン冷却水温度をTclnt(K)、エンジン回転数Ne及び燃料噴射量qに対して予め設定されているエンジン冷却水温度の基準値をTclntr(K)、Cを冷却水補正係数として、下記(2)式によって算出される水温補正量F1と、
さらに、上記の内燃機関のEGR制御方法において、前記サイクル当たり気筒内体積Vcylとして、圧縮比をε、比熱比をκとしたときに、前記吸気圧力Pinmと前記排気圧力Pexmを使用して、下記(4)式で算出される前記サイクル当たり気筒内正味体積V´cylを使用する、
これらの方法によれば、上記の内燃機関のEGR制御システムと同様の作用効果を奏することができる。 According to these methods, the same operational effects as those of the EGR control system for the internal combustion engine can be obtained.
本発明の内燃機関のEGR制御システム、内燃機関、及び内燃機関のEGR制御方法によれば、エンジン冷却水温度の影響と排気圧力の影響を考慮して算出された精度の高い気筒内吸気流量を用いて、気筒内酸素濃度算出値の算出に用いる吸気流量を精度よく算出することができるので、EGRバルブの開度の制御量を高精度で算出することができ、その結果、EGRバルブの開度を高精度で制御することができる。 According to the EGR control system for an internal combustion engine, the internal combustion engine, and the EGR control method for an internal combustion engine of the present invention, a highly accurate in-cylinder intake flow rate calculated in consideration of the effects of engine coolant temperature and exhaust pressure is obtained. Therefore, the intake flow rate used for calculating the calculated value of the oxygen concentration in the cylinder can be calculated with high accuracy, so that the control amount of the opening degree of the EGR valve can be calculated with high accuracy. The degree can be controlled with high accuracy.
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関のEGR制御システム、内燃機関、及び内燃機関のEGR制御方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明に係る実施の形態の内燃機関は、本発明に係る実施の形態の内燃機関のEGR制御システム40を備えて構成され、後述する内燃機関のEGR制御システム40が奏する作用効果と同様の作用効果を奏することができる。
Hereinafter, an EGR control system for an internal combustion engine, an internal combustion engine, and an EGR control method for an internal combustion engine according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The internal combustion engine of the embodiment according to the present invention is configured to include the
図1に示すように、本発明に係る実施の形態の内燃機関(以下エンジン)10は、EGRシステム1を備えて構成され、エンジン本体11と吸気通路12と排気通路13とEGR通路14を備えている。このEGR通路14は、排気通路13と吸気通路12とを接続して設けられ、上流側より順に、エンジン冷却水を冷却媒体とするEGRクーラー15、EGRバルブ16が設けられている。
As shown in FIG. 1, an internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) 10 according to an embodiment of the present invention includes an
そして、大気から導入される新気Aが、必要に応じて、EGR通路14から吸気マニホールド11aに流入するEGRガスGeを伴って、気筒(シリンダ)11c内の燃焼室に送られ、燃焼室にて燃料噴射装置(図示しない)より噴射された燃料と混合圧縮されて、燃料が燃焼することで、エンジン10に動力を発生させる。そして、エンジン10で燃焼により発生した排気ガスGが、排気マニホールド11bから排気通路13に流出するが、その一部はEGR通路14にEGRガスGeとして流れ、残りの排気ガスGa(=G−Ge)は、排気浄化処理装置(図示しない)により浄化処理された後、マフラー(図示しない)を経由して大気へ放出される。
Then, fresh air A introduced from the atmosphere is sent to the combustion chamber in the cylinder (cylinder) 11c together with the EGR gas Ge flowing into the
また、吸気通路12には、吸気系センサ群Sg1を構成する、吸気流量を検出する吸入空気流量センサ(MAFセンサ)21、吸気圧力を検出する吸気圧力センサ22及び吸気温度を検出する吸気温度センサ23が設けられるとともに、排気通路13には、排気ガス中のNOx濃度を検出するNOx濃度センサ20と、排気の空気過剰率を検出する排気ラムダセンサ24が設けられる。これらのセンサ20〜24の信号は、予め設定された制御時間毎に、後述する制御装置30に送信される。なお、図1では、吸気圧力センサ22及び吸気温度センサ23を吸気通路12に配設しているが、吸気マニホールド11aに配設してもよい。
Further, in the intake passage 12, an intake air flow sensor (MAF sensor) 21 that detects the intake flow rate, an
また、本発明の内燃機関のEGRシステム1を制御するEGR制御システム40のための制御装置30が備えられる。この制御装置30は、上記のセンサ20〜24より送信された信号に基づいて、予め設定された制御時間毎に、センサ20〜24の検出値を算出するとともに、必要な検出値のデータを記憶する。この制御装置30は、通常は、エンジン10の運転状態全般を制御するエンジンコントロールユニット(ECU)に組み込まれるが、独立して設けてもよい。
Moreover, the
また、エンジン10の排気通路13に排気圧力センサ(排気圧力検出装置)25が設けられ、さらに、エンジン10を冷却するエンジン冷却水W用の流路17にエンジン冷却水温度センサ(エンジン冷却水温度検出装置)26が設けられる。これらのセンサ25、26の信号も、センサ20〜24と同様に、予め設定された制御時間毎に、制御装置30に送信され、制御装置30は、センサ25、26より送信された信号に基づいて、センサ25、26の検出値を算出するとともに、必要な検出値のデータ(通常は、最新の検出値のデータ)を記憶する。
Further, an exhaust pressure sensor (exhaust pressure detection device) 25 is provided in the
なお、排気圧力センサ25を、排気通路13ではなく、排気ポートやEGRクーラー15の出口側のEGR通路14に設けてもよい。この場合は、排気圧力センサ25による検出が、排気ガスGよりEGRガスGeの方が容易であるため、排気圧力センサ25の検出精度を向上させることができる。
The
また、本発明の内燃機関のEGRシステム1を制御するEGR制御システム40のための制御装置30が備えられる。この制御装置30は、上記のセンサ20〜24より送信された信号に基づいて、予め設定された制御時間毎に、センサ20〜24の検出値を算出するとともに、必要な検出値のデータを記憶する。この制御装置30は、通常は、エンジン10の運転状態全般を制御するエンジンコントロールユニット(ECU)に組み込まれるが、独立して設けてもよい。
Moreover, the
ここで、EGRバルブ16の開度を制御する目標開度の制御量Cは、気筒内酸素濃度目標値Dtを基に第4制御部44のフィードフォワード制御で算出される基本制御量(プリ制御量)Caに、気筒内酸素濃度目標値Dtと、各種センサからの入力を基に算出される気筒内酸素濃度算出値Dcとの差(誤差)ΔD(=Dt−Dc)を基に第5制御部45のフィードバック制御(PID制御)で算出される補正制御量Cbを加算してバルブ制御量Cが算出される(C=Ca+Cb)。
Here, the control amount C of the target opening that controls the opening of the
つまり、EGR通路14にEGRバルブ16を有して構成されるEGRシステム1を備えたエンジン10で、EGRのNOx濃度目標値Nt1に対応する気筒内酸素濃度目標値Dtに基づいて、EGRバルブ16の開度を制御する内燃機関のEGR制御システム40である。
That is, in the
より詳細に説明すると、第1制御部41では、吸入空気流量センサ21、吸気圧力センサ22、吸気温度センサ23、排気ラムダセンサ24などの吸気系センサ群Sg1からの検出値を基に、NOx濃度算出値Ncを算出する。
More specifically, in the
このシリンダ内酸素濃度算出値Dcの算出に際しても内部EGRガスを考慮することが好ましい。つまり、気筒内で発生するNOx量に関係するのは、気筒内の全排気ガス量に対する気筒内酸素濃度算出値Dcであるので、気筒内の全排気ガス量に対する気筒内酸素濃度算出値Dcを、吸気量と酸素濃度、外部EGRガスの排気ガス量と酸素濃度内部とだけで算出せずに、内部EGRガスの排気ガス量と酸素濃度と考慮に入れて、気筒内酸素濃度算出値Dcを算出することが好ましい。 It is preferable to consider the internal EGR gas when calculating the cylinder oxygen concentration calculation value Dc. That is, since the NOx amount generated in the cylinder is related to the in-cylinder oxygen concentration calculation value Dc with respect to the total exhaust gas amount in the cylinder, the in-cylinder oxygen concentration calculation value Dc with respect to the total exhaust gas amount in the cylinder is The in-cylinder oxygen concentration calculation value Dc is calculated by taking into account the exhaust gas amount and the oxygen concentration of the internal EGR gas, without calculating only the intake air amount and the oxygen concentration, the exhaust gas amount of the external EGR gas and the inside of the oxygen concentration. It is preferable to calculate.
そして、この気筒内酸素濃度算出値Dcなどから気筒内で発生するNOx量及び気筒内から排出される排気ガスのNOx濃度を算出し、NOx濃度算出値Ncとする。 Then, the NOx amount generated in the cylinder and the NOx concentration of the exhaust gas exhausted from the cylinder are calculated from the in-cylinder oxygen concentration calculated value Dc and the like, and set as the NOx concentration calculated value Nc.
それと共に、NOx濃度センサ20で検出されるNOx濃度検出値Ndを基本としてNOx濃度算出値Ncによる算出値を補正値を用いて、制御用の算出値を補正するとの考えに基づいて、NOx補正部46で、NOx濃度センサ20の検出値であるNOx濃度検出値Ndが入力され、このNOx濃度検出値NdとNOx濃度算出値NcとからNOx補正係数(補正比率)Ncf=Nd/Ncを算出する。
At the same time, based on the idea that the calculated value for control is corrected using the calculated value based on the calculated NOx concentration value Nc based on the detected NOx concentration value Nd detected by the
一方、第2制御部42では、排気ラムダセンサ24の検出値を入力して、エンジン回転数及び燃料噴射量に基づいてマップデータを参照する等して、第1NOx目標値Nt1が算出され、この第1NOx目標値Nt1が入力される第2制御部42では、排気ラムダセンサ24の検出値を入力して、この第1NOx目標値Nt1ではスモークが発生することが、予め設定してある計算式やマップデータ等から予測される場合には、スモークが発生しないようなNOx濃度を第2NOx目標値Nt2とする。所謂スモークリミットを行う。なお、スモークが発生する可能性が無い場合は、そのまま、第1NOx目標値Nt1を第2NOx目標値Nt2とする。これにより第2NOx目標値Nt2を算出する。
On the other hand, the
更に、内燃機関の運転状態が定常状態であるときには、NOx補正係数Ncfを乗じて、第3NOx目標値Nt3(=Nt2×Ncf=Nt2×Nd/Nc)を算出する。一方、過渡状態であるときには、NOx補正係数NCfによる補正を行わず、補正比率を1として、第3NOx目標値Nt3を算出する(Nt3=Nt2×1=Nt2)。 Further, when the operating state of the internal combustion engine is in a steady state, the NOx correction coefficient Ncf is multiplied to calculate a third NOx target value Nt3 (= Nt2 × Ncf = Nt2 × Nd / Nc). On the other hand, in the transient state, the third NOx target value Nt3 is calculated with the correction ratio set to 1 without performing correction using the NOx correction coefficient NCf (Nt3 = Nt2 × 1 = Nt2).
そして、第3制御部43では、吸気圧力センサ22及び吸気温度センサ23の検出値を入力して、この第3NOx目標値Nt3に対して、気筒内酸素濃度目標値Dtを算出する。第4制御部44で、この算出された気筒内酸素濃度目標値Dtに対して、フィードフォワード制御(プリ制御)の目標値である基本制御量(プリ制御量)Caを算出する。この基本制御量Caの算出に際しても、内部EGRガスを考慮することが好ましい。
Then, the
なお、この第4制御部44では、EGRバルブ16の前後に設けた差圧センサ(図示しない)で検出したEGRバルブ16の前後圧力、EGRバルブ16の下流のEGR通路14に設けた温度センサ(図示しない)で検出したEGRガスGeの温度等を用いて、より正確なEGRガスGeの流量とEGRバルブ16の開度の関係を求めておくことが好ましい。
In the
つまり、気筒内で発生するNOx量に関係する気筒内の全排気ガス量に対する気筒内酸素濃度目標値Dtを、気筒内の排気ガス量と酸素濃度が、空気流量と酸素濃度、内部EGRガスの排気ガス量と酸素濃度、および外部EGRガスの排気ガス量と酸素濃度とで決まることを利用して、気筒内の酸素濃度の目標値である気筒内酸素濃度目標値Dtから、外部EGRガス量Geを算出して、このEGRガス量Geを供給できるEGRバルブ16の開度をプリ制御量Caとする。
That is, the in-cylinder oxygen concentration target value Dt with respect to the total exhaust gas amount in the cylinder related to the NOx amount generated in the cylinder, the exhaust gas amount and oxygen concentration in the cylinder, the air flow rate and oxygen concentration, and the internal EGR gas The external EGR gas amount is determined from the in-cylinder oxygen concentration target value Dt, which is the target value of the in-cylinder oxygen concentration, using the fact that the exhaust gas amount and oxygen concentration and the exhaust gas amount and oxygen concentration of the external EGR gas are determined. Ge is calculated, and the opening degree of the
また、それと並行して、第5制御部45で、第3制御部43で第3NOx目標値Nt3に対して算出された気筒内酸素濃度目標値Dtと第1制御部41で算出された気筒内酸素濃度算出値Dcとを入力して、フィードバック制御(PID制御)の目標値である補正制御量Cbを算出する。そして、加算部47で、この基本制御量Caと補正制御量Cbとを加算してバルブ制御量Cを算出する。このバルブ制御量CでEGRバルブ16の開度を調整制御する。
In parallel with this, the
そして、本発明においては、EGRシステム1を制御する制御装置30が、気筒内酸素濃度目標値Dtを算出する際に用いる吸気流量の算出に際して、吸気圧力センサ22の検出値である吸気圧力Pinm、吸気温度センサ23の検出値である吸気温度Tinm(K)、気体定数R、サイクル当たり気筒内体積Vcyl、体積効率ηcyl、エンジン回転数Ne及び燃料噴射量qに対して予め設定されている吸気温度の基準値Tinmr(K)、吸気温補正乗数αを使用して、下記(1)式で質量流量のサイクル当たり吸気流量Mcylを算出する。
また、エンジン冷却水温度Tclnt(K)、エンジン回転数Ne及び燃料噴射量qに対して予め設定されているエンジン冷却水温度の基準値Tclntr(K)、冷却水補正係数Cを用いて、下記(2)式によって水温補正量F1を算出する。
そして、サイクル当たり吸気流量Mcylに対して、水温補正量F1と排気圧力補正量F2の両方を乗じて、補正後のサイクル当たり吸気流量Mcylcを算出する。 The corrected intake air flow rate Mcylc per cycle is calculated by multiplying the intake air flow rate Mcyl per cycle by both the water temperature correction amount F1 and the exhaust pressure correction amount F2.
つまり、吸気圧力Pinm及び吸気温度Tinmの影響を考慮して設定された、先行技術の上記(1)式で算出されるサイクル当たり気筒内吸気流量Mcylに対して、エンジン冷却水温度の影響を考慮して、基準運転状態の冷却水温度Tclntrからずれた冷却水温度Tclntの影響を、予め実験若しくは試験で求めた冷却水補正係数Cを伴う上記(2)式のエンジン冷却水温度Tclntによる補正項(エンジン冷却水温度補正項)F1で補正する。更に、背圧の影響を補正するために、実験若しくは試験の結果から、又は、サイクルシミュレーション結果から求めた(3)式の排気圧力Pexmによる補正項(排気圧力補正項)F2で補正する。 That is, the influence of the engine coolant temperature is considered with respect to the in-cylinder intake flow rate Mcyl per cycle, which is set by taking into consideration the effects of the intake pressure Pinm and the intake temperature Tinm, and calculated by the above-described equation (1). Then, the correction term by the engine coolant temperature Tclnt of the above equation (2) with the coolant correction coefficient C obtained in advance through experiments or tests is used for the influence of the coolant temperature Tclnt that deviates from the coolant temperature Tclntr in the reference operation state. (Engine coolant temperature correction term) Correct with F1. Further, in order to correct the influence of the back pressure, correction is made with a correction term (exhaust pressure correction term) F2 by the exhaust pressure Pexm of the equation (3) obtained from the result of the experiment or test or from the result of the cycle simulation.
すなわち、水温補正量F1による補正は冷却損失の変動による体積効率への感度を補正できるものであり、排気圧力補正量F2は背圧の変動による体積効率への感度を補正できるものである。 That is, the correction by the water temperature correction amount F1 can correct the sensitivity to the volume efficiency due to the variation of the cooling loss, and the exhaust pressure correction amount F2 can correct the sensitivity to the volume efficiency due to the variation of the back pressure.
なお、この(3)式は関数の形で表示しているが、具体的には、例えば、図6に例示する、吸気圧力Pinmを縦軸に、排気圧力Pexmを横軸にして、これらに対する排気圧力補正量F2を予め設定してあるマップデータ等を参照して算出する。より詳細には、このマップデータで、吸気圧力Pinmと排気圧力Pexhのそれぞれの基準値にて参照される標準体積効率の値aと、現在の吸気圧力Pinm、排気圧力Pexhにて参照される標準体積効率の値bの比が排気圧力補正量(補正係数)F2となる。 The expression (3) is expressed in the form of a function. Specifically, for example, as illustrated in FIG. 6, the intake pressure Pinm is on the vertical axis and the exhaust pressure Pexm is on the horizontal axis. The exhaust pressure correction amount F2 is calculated with reference to preset map data or the like. More specifically, in this map data, the standard volume efficiency value a referred to by the respective reference values of the intake pressure Pinm and the exhaust pressure Pexh, and the standard referred to by the current intake pressure Pinm and the exhaust pressure Pexh. The ratio of the volumetric efficiency value b is the exhaust pressure correction amount (correction coefficient) F2.
また、吸排気ポートにおいて圧縮性流体の質量流量式を計算する場合を考えると、各ポートにおける圧力比が体積効率に影響を及ぼすことが考えられる。すなわち、例えば、排気圧力Pexmが高い場合には、排気ポート圧力比が高くなることで排気が不十分となる。これは、続く吸気行程中のシリンダガス圧増加に繋がるため、吸気ポート圧力比を上げる要因となり、結果として体積効率の低下を及ぼすことになると考えられる。 Further, considering the case of calculating the mass flow rate equation of the compressive fluid at the intake and exhaust ports, it is considered that the pressure ratio at each port affects the volume efficiency. That is, for example, when the exhaust pressure Pexm is high, the exhaust port pressure ratio becomes high, resulting in insufficient exhaust. Since this leads to an increase in cylinder gas pressure during the subsequent intake stroke, it is considered that the intake port pressure ratio is increased, resulting in a decrease in volumetric efficiency.
そして、サイクル当たりの気筒内吸気流量Mcylを算出する。 Then, an in-cylinder intake flow rate Mcyl per cycle is calculated.
また、上記の計算に使用するサイクル当たり気筒内体積Vcylとして、圧縮比ε、比熱比κ、吸気圧力Pinm、排気圧力Pexmを使用して、下記(4)式で算出されるサイクル当たり気筒内正味体積V´cylを使用すると、更に、排気圧力Pexmの影響を取り入れることができ、より精度よく気筒内酸素濃度算出値Dcの算出に用いる吸気流量を算出することができるので、より好ましい。
以上より、本発明の内燃機関のEGR制御システム40、内燃機関、及び内燃機関のEGR制御方法によれば、エンジン冷却水温度Tclntの影響と排気圧力Pexmの影響を考慮して算出された精度の高い気筒内吸気流量Mcylを用いて、気筒内酸素濃度算出値Dcの算出に用いる吸気流量を精度よく算出することができるので、EGRバルブ16の開度の制御量Cを高精度で算出することができ、その結果、EGRバルブ16の開度を高精度で制御することができる。
As described above, according to the
1 内燃機関のEGRシステム
10 エンジン(内燃機関)
11 エンジン本体
11a 吸気マニホールド
11b 排気マニホールド
11c 気筒
12 吸気通路
13 排気通路
14 EGR通路
15 EGRクーラー
16 EGRバルブ
17 エンジン冷却水用流路
20 NOx濃度センサ(NOx濃度検出装置)
21 吸入空気流量センサ(MAFセンサ:吸気流量検出装置)
22 吸気圧力センサ
23 吸気温度センサ
24 排気ラムダセンサ(排気過剰率センサ:排ラムダ検出装置)
30 制御装置
40 内燃機関のEGR制御システム
41 第1制御部
42 第2制御部
43 第3制御部
44 第4制御部
45 第5制御部
46 NOx補正部
47 加算部
A 新気
C EGRバルブの開度の制御量
Ca EGRバルブの開度の基本制御量
Cb EGRバルブの開度の補正制御量
Dt 気筒内酸素濃度目標値
Dc 気筒内酸素濃度算出値
G、Ga 排気ガス
Ge EGRガス
NCf NOx補正係数
Sg1 吸気系センサ群
W エンジン冷却水
1 EGR system for
11
21 Intake air flow rate sensor (MAF sensor: Intake flow rate detection device)
22
30
Claims (5)
吸気通路に吸気圧力センサと吸気温度センサを、排気通路に排気圧力センサを、エンジン冷却水用流路にエンジン冷却水温度センサをそれぞれ設けると共に、
前記EGRシステムを制御する制御装置が、前記気筒内酸素濃度目標値を算出する際に用いる吸気流量の算出に際して、
前記吸気圧力センサの検出値である吸気圧力をPinm、前記吸気温度センサの検出値である吸気温度をTinm(K)とし、気体定数をR、サイクル当たり気筒内体積をVcyl、体積効率をηcyl、エンジン回転数Ne及び燃料噴射量qに対して予め設定されている吸気温度の基準値をTinmr(K)、吸気温補正乗数をαとして、下記(1)式で算出された質量流量のサイクル当たり吸気流量Mcylに対して、
An intake pressure sensor and an intake temperature sensor are provided in the intake passage, an exhaust pressure sensor is provided in the exhaust passage, and an engine coolant temperature sensor is provided in the engine coolant flow path.
When calculating the intake flow rate used when the control device for controlling the EGR system calculates the in-cylinder oxygen concentration target value,
The intake pressure, which is the detected value of the intake pressure sensor, is Pinm, the intake temperature, which is the detected value of the intake temperature sensor, is Tinm (K), the gas constant is R, the cylinder volume per cycle is Vcyl, the volume efficiency is ηcyl, The reference value of the intake air temperature set in advance for the engine speed Ne and the fuel injection amount q is Tinmr (K), the intake air temperature correction multiplier is α, and the mass flow rate calculated by the following equation (1) per cycle For the intake flow rate Mcyl
前記EGRシステムを制御する制御装置が、前記気筒内酸素濃度目標値を算出する際に用いる吸気流量の算出に際して、
吸気圧力センサの検出値である吸気圧力をPinm、吸気温度センサの検出値である吸気温度をTinm(K)とし、気体定数をR、サイクル当たり気筒内体積をVcyl、体積効率をηcyl、エンジン回転数Ne及び燃料噴射量qに対して予め設定されている吸気温度の基準値をTinmr(K)、吸気温補正乗数をαとして、下記(1)式で算出された質量流量のサイクル当たり吸気流量Mcylに対して、
When calculating the intake flow rate used when the control device for controlling the EGR system calculates the in-cylinder oxygen concentration target value,
The intake pressure, which is the detection value of the intake pressure sensor, is Pinm, the intake temperature, which is the detection value of the intake temperature sensor, is Tinm (K), the gas constant is R, the cylinder volume per cycle is Vcyl, the volume efficiency is ηcyl, and the engine speed The intake air flow rate per cycle of the mass flow rate calculated by the following equation (1) where the reference value of the intake air temperature set in advance for the number Ne and the fuel injection amount q is Tinmr (K) and the intake air temperature correction multiplier is α. For Mcyl
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| CN113504057A (en) * | 2021-07-22 | 2021-10-15 | 中国北方车辆研究所 | High-temperature environment air inlet simulation device for special vehicle power system |
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