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JP6032215B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents

Control device for internal combustion engine Download PDF

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JP6032215B2
JP6032215B2 JP2014003543A JP2014003543A JP6032215B2 JP 6032215 B2 JP6032215 B2 JP 6032215B2 JP 2014003543 A JP2014003543 A JP 2014003543A JP 2014003543 A JP2014003543 A JP 2014003543A JP 6032215 B2 JP6032215 B2 JP 6032215B2
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  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
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Description

本発明は内燃機関の制御装置に係る。特に、本発明はEGR率制御と過給圧制御との協調制御の改良に関する。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine. In particular, the present invention relates to an improvement in cooperative control between EGR rate control and supercharging pressure control.

従来、排気還流装置および可変容量型過給機を搭載したエンジン(例えばディーゼルエンジン)が知られている。排気還流装置はEGRバルブの開度調整によって吸気系のEGR率を制御する。また、可変容量型過給機はノズルベーンの開度調整によって吸気系の過給圧を制御する。   Conventionally, an engine (for example, a diesel engine) equipped with an exhaust gas recirculation device and a variable displacement supercharger is known. The exhaust gas recirculation device controls the EGR rate of the intake system by adjusting the opening of the EGR valve. The variable capacity supercharger controls the supercharging pressure of the intake system by adjusting the opening of the nozzle vane.

特許文献1および特許文献2には、EGR率制御と過給圧制御との協調制御が開示されている。具体的には、エンジンの運転状態に応じて目標EGR率および目標過給圧をそれぞれ決定する。そして、実EGR率と目標EGR率との乖離量に基づいてEGRバルブの開度調整を行う。また、実過給圧と目標過給圧との乖離量に基づいてノズルベーンの開度調整を行う。このようなEGR率制御および過給圧制御を行うことにより、排気中におけるNOx排出量およびHC排出量をそれぞれ規制の範囲内に抑えることが可能となる。   Patent Literature 1 and Patent Literature 2 disclose cooperative control between EGR rate control and supercharging pressure control. Specifically, the target EGR rate and the target supercharging pressure are determined according to the engine operating state. Then, the opening degree of the EGR valve is adjusted based on the amount of deviation between the actual EGR rate and the target EGR rate. Further, the nozzle vane opening degree is adjusted based on the amount of deviation between the actual supercharging pressure and the target supercharging pressure. By performing such EGR rate control and supercharging pressure control, it is possible to suppress the NOx emission amount and the HC emission amount in the exhaust gas within the limits of regulation.

特開2013−151864号公報JP 2013-151864 A 特開2012−82720号公報JP 2012-82720 A

しかしながら、これまでのEGR率制御と過給圧制御との協調制御にあっては、排気中におけるNOx排出量およびHC排出量を規制の範囲内に抑えるまでに要する時間を短縮化することについては殆ど考慮されていなかった。そして、単に、実EGR率と目標EGR率との乖離量からEGRバルブの開度調整を行い、且つ実過給圧と目標過給圧との乖離量からノズルベーンの開度調整を行うのみでは、NOx排出量およびHC排出量を規制の範囲内に抑えるまでに要する時間を短縮化するのに限界があった。特に、従来の協調制御では、エンジンの過渡運転時において、NOx排出量およびHC排出量を規制の範囲内に抑えるまでに要する時間を短縮化することは困難であった。   However, in the conventional cooperative control of the EGR rate control and the supercharging pressure control, it is possible to shorten the time required to keep the NOx emission amount and the HC emission amount in the exhaust gas within the regulation range. Almost no consideration was given. Then, simply adjusting the opening degree of the EGR valve from the deviation amount between the actual EGR rate and the target EGR rate, and adjusting the nozzle vane opening degree from the deviation amount between the actual boost pressure and the target boost pressure, There is a limit to shortening the time required to keep the NOx emission amount and the HC emission amount within the limits of regulation. In particular, in the conventional cooperative control, it is difficult to shorten the time required to keep the NOx emission amount and the HC emission amount within the regulation range during the transient operation of the engine.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、NOx排出量およびHC排出量を規制の範囲内に抑えるまでに要する時間の短縮化を図ることが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to reduce the time required to keep the NOx emission amount and the HC emission amount within the limits of regulation. It is to provide an engine control device.

−発明の解決原理−
前記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、NOx排出量およびHC排出量を規制の範囲内に抑えるまでに要する時間を最短にする目標EGR率および目標過給圧をそれぞれ求め、これら求められた目標EGR率および目標過給圧に基づいてEGRバルブおよびノズルベーンの制御を行うようにしたことである。
-Solution principle of the invention-
The solution principle of the present invention taken in order to achieve the above-mentioned object is that the target EGR rate and the target supercharging pressure that minimize the time required to keep the NOx emission amount and the HC emission amount within the regulation range are respectively set. In other words, the EGR valve and the nozzle vane are controlled based on the obtained target EGR rate and the target supercharging pressure.

−解決手段−
具体的に、本発明は、EGRバルブによってEGR率を制御すると共に、可変容量機構を備えた過給機によって吸気の過給圧を制御する内燃機関の制御装置を前提とする。この内燃機関の制御装置に対し、気筒内の酸素濃度が要求酸素濃度以下となる目標EGR率制御領域を算出する目標EGR率制御領域算出部と、気筒内のガス量が要求ガス量以上となる目標過給圧制御領域を算出する目標過給圧制御領域算出部と、前記目標EGR率制御領域および前記目標過給圧制御領域の両方を満たす排気成立制御領域を算出する排気成立制御領域算出部と、前記EGRバルブの過渡応答性および前記可変容量機構の過渡応答性に基づいて、前記排気成立制御領域内のEGR率および過給圧のうち最短時間で到達可能なEGR率および過給圧をそれぞれ目標EGR率および目標過給圧として算出する目標値算出部とを備えた構成としている。
-Solution-
Specifically, the present invention is premised on a control device for an internal combustion engine that controls an EGR rate by an EGR valve and controls a supercharging pressure of intake air by a supercharger having a variable displacement mechanism. A target EGR rate control region calculating unit that calculates a target EGR rate control region in which the oxygen concentration in the cylinder is equal to or lower than the required oxygen concentration, and the gas amount in the cylinder is greater than or equal to the required gas amount. A target boost pressure control region calculation unit that calculates a target boost pressure control region, and an exhaust formation control region calculation unit that calculates an exhaust formation control region that satisfies both the target EGR rate control region and the target boost pressure control region And, based on the transient response of the EGR valve and the transient response of the variable displacement mechanism, the EGR rate and the boost pressure that can be reached in the shortest time among the EGR rate and the boost pressure in the exhaust establishment control region. Each is provided with a target value calculation unit that calculates the target EGR rate and the target boost pressure.

この特定事項により、気筒内の酸素濃度を要求酸素濃度以下にすることで、排気中におけるNOx排出量を規制の範囲内に抑えることを可能にし、また、気筒内のガス量を要求ガス量以上にすることで、排気中におけるHC排出量を規制の範囲内に抑えることを可能にし、しかも、これらの両立が最短時間で達成可能な目標EGR率および目標過給圧を求めることが可能となる。特に、内燃機関の過渡運転時において、NOx排出量およびHC排出量を規制の範囲内に抑えるまでに要する時間を短縮化することが可能となる。   By this specific matter, by making the oxygen concentration in the cylinder below the required oxygen concentration, it becomes possible to keep the NOx emission amount in the exhaust within the regulation range, and the gas amount in the cylinder more than the required gas amount By doing so, it becomes possible to suppress the HC emission amount in the exhaust gas within the range of regulation and to obtain the target EGR rate and the target supercharging pressure at which both of these can be achieved in the shortest time. . In particular, during the transient operation of the internal combustion engine, it is possible to shorten the time required to keep the NOx emission amount and the HC emission amount within the limits of regulation.

本発明では、NOx排出量およびHC排出量を規制の範囲内に抑えるまでに要する時間を短縮化でき、排気エミッションの早期適正化を図ることができる。   In the present invention, it is possible to shorten the time required to keep the NOx emission amount and the HC emission amount within the regulation range, and it is possible to achieve early optimization of exhaust emission.

実施形態に係るディーゼルエンジンおよびその制御系統の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the diesel engine which concerns on embodiment, and its control system. ディーゼルエンジンの燃焼室およびその周辺部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the combustion chamber of a diesel engine, and its peripheral part. ECU等の制御系の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of control systems, such as ECU. EGR率制御領域マップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an EGR rate control area map. 過給圧制御領域マップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a supercharging pressure control area | region map. EGR率制御と過給圧制御との協調制御の手順を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the procedure of the cooperative control of EGR rate control and supercharging pressure control. 図7(a)はEGR率制御領域マップ上の動作点を説明するための図であり、図7(b)はEGR率制御領域マップから変換された操作量マップを示す図である。FIG. 7A is a diagram for explaining operating points on the EGR rate control region map, and FIG. 7B is a diagram showing an operation amount map converted from the EGR rate control region map. 図8(a)は過給圧制御領域マップ上の動作点を説明するための図であり、図8(b)および図8(c)は過給圧制御領域マップから変換された操作量マップを示す図である。FIG. 8A is a diagram for explaining operating points on the supercharging pressure control region map, and FIGS. 8B and 8C are operation amount maps converted from the supercharging pressure control region map. FIG. 排気成立制御領域マップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an exhaust_gas | exhaustion establishment control area | region map. 過給圧の過渡応答性を表す図である。It is a figure showing the transient response of a supercharging pressure. EGR率の過渡応答性を表す図である。It is a figure showing the transient response of an EGR rate. ターボ総合効率を最大効率にする動作を説明するための排気成立制御領域マップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the exhaust formation control area | region map for demonstrating the operation | movement which makes turbo total efficiency maximum efficiency.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒(例えば直列4気筒)ディーゼルエンジン(圧縮自着火式内燃機関)に、本発明を適用した場合について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, a case where the present invention is applied to a common rail in-cylinder direct injection multi-cylinder (for example, in-line 4-cylinder) diesel engine (compression self-ignition internal combustion engine) mounted on an automobile will be described.

−エンジンの構成−
図1は本実施形態に係るディーゼルエンジン1(以下、単にエンジンという)およびその制御系統の概略構成図である。
-Engine configuration-
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a diesel engine 1 (hereinafter simply referred to as an engine) and its control system according to the present embodiment.

この図1に示すように、本実施形態に係るエンジン1は、燃料供給系2、燃焼室3、吸気系6、排気系7等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。   As shown in FIG. 1, the engine 1 according to this embodiment is configured as a diesel engine system having a fuel supply system 2, a combustion chamber 3, an intake system 6, an exhaust system 7 and the like as main parts.

燃料供給系2は、サプライポンプ21、コモンレール22、インジェクタ(燃料噴射弁)23、機関燃料通路24等を備えている。   The fuel supply system 2 includes a supply pump 21, a common rail 22, an injector (fuel injection valve) 23, an engine fuel passage 24, and the like.

前記サプライポンプ21は、燃料タンクから汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路24を介してコモンレール22に供給する。コモンレール22は、高圧燃料を所定圧力に保持(蓄圧)する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ23,23,…に分配する。インジェクタ23は、内部に圧電素子(ピエゾ素子)を備えたピエゾインジェクタであり、開弁期間の制御によって、燃焼室3内への燃料噴射量が調整可能となっている。   The supply pump 21 increases the pressure of the fuel pumped from the fuel tank and then supplies the fuel to the common rail 22 via the engine fuel passage 24. The common rail 22 has a function as a pressure accumulation chamber that holds (accumulates) high pressure fuel at a predetermined pressure, and distributes the accumulated fuel to the injectors 23, 23,. The injector 23 is a piezo injector provided with a piezoelectric element (piezo element) inside, and the amount of fuel injected into the combustion chamber 3 can be adjusted by controlling the valve opening period.

吸気系6は、シリンダヘッド15(図2参照)に形成された吸気ポート15aに接続される吸気マニホールド61を備え、この吸気マニホールド61に吸気管62が接続されている。また、この吸気系6には、上流側から順にエアクリーナ63、エアフローメータ43、吸気絞り弁(ディーゼルスロットル)64が配設されている。   The intake system 6 includes an intake manifold 61 connected to an intake port 15 a formed in the cylinder head 15 (see FIG. 2), and an intake pipe 62 is connected to the intake manifold 61. The intake system 6 is provided with an air cleaner 63, an air flow meter 43, and an intake throttle valve (diesel throttle) 64 in order from the upstream side.

排気系7は、シリンダヘッド15に形成された排気ポート15bに接続される排気マニホールド71を備え、この排気マニホールド71に排気管72が接続されている。また、この排気系7には排気浄化ユニット73が配設されている。この排気浄化ユニット73には、NOx吸蔵還元型触媒としてのNSR(NOx Storage Reduction)触媒74およびDPF(Diesel Paticulate Filter)75が備えられている。   The exhaust system 7 includes an exhaust manifold 71 connected to an exhaust port 15 b formed in the cylinder head 15, and an exhaust pipe 72 is connected to the exhaust manifold 71. In addition, an exhaust purification unit 73 is disposed in the exhaust system 7. The exhaust purification unit 73 is provided with an NSR (NOx Storage Reduction) catalyst 74 and a DPF (Diesel Particle Filter) 75 as NOx storage reduction catalysts.

図2に示すように、シリンダブロック11には、各気筒(4気筒)毎にシリンダボア12が形成されており、各シリンダボア12の内部にはピストン13が上下方向に摺動可能に収容されている。   As shown in FIG. 2, the cylinder block 11 is formed with a cylinder bore 12 for each cylinder (four cylinders), and a piston 13 is accommodated in each cylinder bore 12 so as to be slidable in the vertical direction. .

ピストン13の頂面13aの上側には前記燃焼室3が形成されている。つまり、この燃焼室3は、シリンダブロック11の上部に取り付けられたシリンダヘッド15の下面と、シリンダボア12の内壁面と、ピストン13の頂面13aとにより区画形成されている。そして、ピストン13の頂面13aの略中央部には、キャビティ(凹陥部)13bが凹設されており、このキャビティ13bも燃焼室3の一部を構成している。   The combustion chamber 3 is formed above the top surface 13 a of the piston 13. That is, the combustion chamber 3 is defined by the lower surface of the cylinder head 15 attached to the upper portion of the cylinder block 11, the inner wall surface of the cylinder bore 12, and the top surface 13 a of the piston 13. A cavity (concave portion) 13 b is formed in a substantially central portion of the top surface 13 a of the piston 13, and this cavity 13 b also constitutes a part of the combustion chamber 3.

このキャビティ13bの形状としては、その中央部分(シリンダ中心線P上)では凹陥寸法が小さく、外周側に向かうに従って凹陥寸法が大きくなっている。   As the shape of the cavity 13b, the concave dimension is small in the central portion (on the cylinder center line P), and the concave dimension is increased toward the outer peripheral side.

前記ピストン13は、コネクティングロッド18によってエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。また、燃焼室3に向けてグロープラグ19が配設されている。   The piston 13 is connected to a crankshaft that is an engine output shaft by a connecting rod 18. Further, a glow plug 19 is disposed toward the combustion chamber 3.

前記シリンダヘッド15には、吸気ポート15aを開閉する吸気バルブ16および排気ポート15bを開閉する排気バルブ17が配設されている。   The cylinder head 15 is provided with an intake valve 16 that opens and closes an intake port 15a and an exhaust valve 17 that opens and closes an exhaust port 15b.

さらに、図1に示す如く、このエンジン1には、過給機(ターボチャージャ)5が設けられている。このターボチャージャ5は、タービンシャフト51を介して連結されたタービンホイール52およびコンプレッサホイール53を備えている。本実施形態におけるターボチャージャ5は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール52側に可変ノズルベーン機構(可変容量機構)54が設けられている。この可変ノズルベーン機構54は、タービンハウジングの排気ガス流路の流路面積を可変とする複数のノズルベーン54a,54a,…、および、このノズルベーン54aの開度を変更するアクチュエータ(図示省略)を備えている。そして、このアクチュエータによってノズルベーン54aの開度を変更することで、互いに隣り合うノズルベーン54a,54a間の流路面積(スロート面積)を変化させる構成となっている。このスロート面積を変化させることにより、タービンホイール52に向けて導入される排気ガスの流速を調整して、タービンホイール52およびコンプレッサホイール53の回転速度を調整し、これにより、過給圧が調整可能となっている。なお、このノズルベーン54aの開度を変更する機構は公知であるため、ここでの説明は省略する。   Further, as shown in FIG. 1, the engine 1 is provided with a supercharger (turbocharger) 5. The turbocharger 5 includes a turbine wheel 52 and a compressor wheel 53 that are connected via a turbine shaft 51. The turbocharger 5 in the present embodiment is a variable nozzle turbocharger, and a variable nozzle vane mechanism (variable capacity mechanism) 54 is provided on the turbine wheel 52 side. The variable nozzle vane mechanism 54 includes a plurality of nozzle vanes 54a, 54a,... That change the flow area of the exhaust gas flow path of the turbine housing, and an actuator (not shown) that changes the opening of the nozzle vane 54a. Yes. Then, by changing the opening degree of the nozzle vane 54a by this actuator, the flow passage area (throat area) between the nozzle vanes 54a and 54a adjacent to each other is changed. By changing the throat area, the flow rate of the exhaust gas introduced toward the turbine wheel 52 is adjusted, and the rotational speed of the turbine wheel 52 and the compressor wheel 53 is adjusted, whereby the supercharging pressure can be adjusted. It has become. In addition, since the mechanism which changes the opening degree of this nozzle vane 54a is well-known, description here is abbreviate | omitted.

前記吸気管62には、ターボチャージャ5での過給によって昇温した吸入空気を冷却するためのインタークーラ65が設けられている。   The intake pipe 62 is provided with an intercooler 65 for cooling the intake air whose temperature has been raised by supercharging in the turbocharger 5.

また、エンジン1には、吸気系6と排気系7とを接続する排気還流通路(EGR通路)8が設けられている。このEGR通路8は、排気の一部を適宜吸気系6に還流させて燃焼室3へ供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってNOx発生量を低減させるものである。また、このEGR通路8には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調整することができるEGRバルブ81と、EGR通路8を通過(還流)する排気を冷却するためのEGRクーラ82とが設けられている。これらEGR通路8、EGRバルブ81、EGRクーラ82等によってEGR装置(排気還流装置)が構成されている。   Further, the engine 1 is provided with an exhaust gas recirculation passage (EGR passage) 8 that connects the intake system 6 and the exhaust system 7. The EGR passage 8 is configured to reduce a combustion temperature by recirculating a part of the exhaust gas to the intake system 6 and supplying it to the combustion chamber 3, thereby reducing the amount of NOx generated. In addition, the EGR passage 8 is opened and closed steplessly by electronic control, and the exhaust gas passing through the EGR passage 8 (recirculating) is cooled by an EGR valve 81 that can freely adjust the exhaust flow rate flowing through the passage. An EGR cooler 82 is provided. The EGR passage 8, the EGR valve 81, the EGR cooler 82, and the like constitute an EGR device (exhaust gas recirculation device).

−ECU−
ECU(Electronic Control Unit)100は、図示しないCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。図3に示すように、ECU100の入力回路には、クランクポジションセンサ40、レール圧センサ41、スロットル開度センサ42、エアフローメータ43、排気温センサ45a,45b、水温センサ46、アクセル開度センサ47、吸気圧センサ48、吸気温センサ49、筒内圧センサ4A、外気温センサ4B、および、外気圧センサ4Cなどが接続されている。
-ECU-
The ECU (Electronic Control Unit) 100 includes a microcomputer (not shown) such as a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and an input / output circuit. As shown in FIG. 3, the input circuit of the ECU 100 includes a crank position sensor 40, a rail pressure sensor 41, a throttle opening sensor 42, an air flow meter 43, exhaust temperature sensors 45a and 45b, a water temperature sensor 46, and an accelerator opening sensor 47. The intake pressure sensor 48, the intake air temperature sensor 49, the in-cylinder pressure sensor 4A, the outside air temperature sensor 4B, the outside air pressure sensor 4C, and the like are connected.

一方、ECU100の出力回路には、前記サプライポンプ21、インジェクタ23、可変ノズルベーン機構54、吸気絞り弁64、および、EGRバルブ81などが接続されている。   On the other hand, to the output circuit of the ECU 100, the supply pump 21, the injector 23, the variable nozzle vane mechanism 54, the intake throttle valve 64, the EGR valve 81, and the like are connected.

そして、ECU100は、前記した各種センサからの出力、その出力値を利用する演算式により求められた演算値、または、前記ROMに記憶された各種マップに基づいて、エンジン1の各種制御を実行する。   Then, the ECU 100 executes various controls of the engine 1 based on outputs from the various sensors described above, calculated values obtained by arithmetic expressions using the output values, or various maps stored in the ROM. .

例えば、ECU100は、インジェクタ23の燃料噴射制御として、パイロット噴射とメイン噴射とを実行する。これら噴射の機能は周知であるため、ここでの説明は省略する。   For example, the ECU 100 executes pilot injection and main injection as fuel injection control of the injector 23. Since the function of these injections is well known, description here is omitted.

また、ECU100は、可変ノズルベーン機構54に備えられたノズルベーン54aの開度制御、および、EGRバルブ81の開度制御を実行する。これらの制御は以下の協調制御によって行われる。   Further, the ECU 100 executes the opening degree control of the nozzle vane 54 a provided in the variable nozzle vane mechanism 54 and the opening degree control of the EGR valve 81. These controls are performed by the following cooperative control.

−EGR率制御と過給圧制御との協調制御−
次に、本実施形態の特徴であるEGR率制御と過給圧制御との協調制御について説明する。
-Cooperative control of EGR rate control and supercharging pressure control-
Next, cooperative control between EGR rate control and supercharging pressure control, which is a feature of the present embodiment, will be described.

先ず、この協調制御の概略について説明する。   First, the outline of this cooperative control will be described.

前記EGR率制御は、前述した如く、EGRバルブ81の開度を調整し、吸気マニホールド61に向けての排気還流量を制御(EGR率を制御)することにより、燃焼室3内での燃焼温度を低下させ、これによってNOx発生量を低減させるための制御である。   As described above, the EGR rate control is performed by adjusting the opening degree of the EGR valve 81 and controlling the exhaust gas recirculation amount toward the intake manifold 61 (controlling the EGR rate), whereby the combustion temperature in the combustion chamber 3 is controlled. This is a control for reducing the NOx generation amount.

前記過給圧制御は、前述した如く、ノズルベーン54aの開度を調整し、互いに隣り合うノズルベーン54a,54a間の流路面積(スロート面積)を変化させることで、タービンホイール52に向けて導入される排気ガスの流速を調整して、タービンホイール52およびコンプレッサホイール53の回転速度を調整し、これにより、過給圧を調整する制御である。この過給圧の調整により、筒内に導入されるガス量が調整可能となる。これにより、ガス量の不足に起因して発生するHCの排出量の低減を図ることができる。   As described above, the supercharging pressure control is introduced toward the turbine wheel 52 by adjusting the opening of the nozzle vane 54a and changing the flow passage area (throat area) between the adjacent nozzle vanes 54a, 54a. The exhaust gas flow rate is adjusted to adjust the rotational speed of the turbine wheel 52 and the compressor wheel 53, thereby adjusting the supercharging pressure. By adjusting the supercharging pressure, the amount of gas introduced into the cylinder can be adjusted. Thereby, it is possible to reduce the discharge amount of HC generated due to the shortage of the gas amount.

そして、本実施形態では、これらEGR率制御と過給圧制御との協調制御として、以下の各算出処理が順に行われる。
(1)気筒内の酸素濃度が要求酸素濃度以下となる目標EGR率制御領域を算出する処理(目標EGR率制御領域算出部による目標EGR率制御領域の算出処理)。
(2)気筒内のガス量が要求ガス量(要求筒内ガス量)以上となる目標過給圧制御領域を算出する処理(目標過給圧制御領域算出部による目標過給圧制御領域の算出処理)。
(3)前記目標EGR率制御領域および前記目標過給圧制御領域の両方を満たす排気成立制御領域を算出する処理(排気成立制御領域算出部による排気成立制御領域の算出処理)。
(4)前記EGRバルブ81の過渡応答性および前記可変ノズルベーン機構54の過渡応答性に基づいて、前記排気成立制御領域内のEGR率および過給圧のうち最短時間で到達可能なEGR率および過給圧をそれぞれ目標EGR率および目標過給圧として算出する処理(目標値算出部による目標EGR率および目標過給圧の算出処理)。
In the present embodiment, the following calculation processes are sequentially performed as cooperative control between the EGR rate control and the supercharging pressure control.
(1) Processing for calculating a target EGR rate control region in which the oxygen concentration in the cylinder is equal to or lower than the required oxygen concentration (processing for calculating the target EGR rate control region by the target EGR rate control region calculation unit).
(2) Processing for calculating a target boost pressure control region in which the gas amount in the cylinder is equal to or greater than the required gas amount (required cylinder gas amount) (calculation of the target boost pressure control region by the target boost pressure control region calculation unit) processing).
(3) Processing for calculating an exhaust establishment control region that satisfies both the target EGR rate control region and the target boost pressure control region (exhaust formation control region calculation processing by the exhaust formation control region calculation unit).
(4) Based on the transient response of the EGR valve 81 and the transient response of the variable nozzle vane mechanism 54, the EGR rate and excess pressure that can be reached in the shortest time out of the EGR rate and the supercharging pressure in the exhaust formation control region Processing for calculating the supply pressure as the target EGR rate and the target supercharging pressure, respectively (processing for calculating the target EGR rate and the target supercharging pressure by the target value calculation unit).

前記算出処理(1)では、エンジン1の各運転格子点(エンジン回転速度やエンジン負荷により決定される運転格子点)毎に規定されたEGR率制御領域マップのうち現在の運転格子点に対応するEGR率制御領域マップを抽出し、このEGR率制御領域マップから「目標EGR率制御領域」が求められる。これらEGR率制御領域マップは前記ROMに記憶されている。図4は、ある運転格子点におけるEGR率制御領域マップを示している。このEGR率制御領域マップは、横軸がEGR率であり、縦軸が酸素過剰率である。また、このEGR率制御領域マップで斜線を付した領域が、気筒内の酸素濃度が要求酸素濃度以下となる「目標EGR率制御領域」である。ここで、要求酸素濃度とは、排気中におけるNOx排出量を規制の範囲内に抑えることが可能となる酸素濃度の範囲において最も高い酸素濃度である。つまり、この斜線を付した目標EGR率制御領域で運転されている限りにおいては、気筒内の酸素濃度は要求酸素濃度以下となり、排気中におけるNOx排出量を規制の範囲内に抑えることが可能となる。   In the calculation process (1), it corresponds to the current operation grid point in the EGR rate control region map defined for each operation grid point of the engine 1 (operation grid point determined by the engine speed and engine load). An EGR rate control region map is extracted, and a “target EGR rate control region” is obtained from this EGR rate control region map. These EGR rate control area maps are stored in the ROM. FIG. 4 shows an EGR rate control region map at a certain operation grid point. In this EGR rate control region map, the horizontal axis is the EGR rate, and the vertical axis is the oxygen excess rate. Further, the hatched area in the EGR rate control area map is a “target EGR rate control area” in which the oxygen concentration in the cylinder is equal to or lower than the required oxygen concentration. Here, the required oxygen concentration is the highest oxygen concentration in the oxygen concentration range in which the NOx emission amount in the exhaust gas can be suppressed within the regulation range. In other words, as long as the operation is performed in the target EGR rate control region indicated by the hatched lines, the oxygen concentration in the cylinder is equal to or less than the required oxygen concentration, and the NOx emission amount in the exhaust can be suppressed within the regulation range. Become.

前記算出処理(2)では、エンジン1の各運転格子点毎に規定された過給圧制御領域マップのうち現在の運転格子点に対応する過給圧制御領域マップを抽出し、この過給圧制御領域マップから「目標過給圧制御領域」が求められる。これら過給圧制御領域マップは前記ROMに記憶されている。図5は、ある運転格子点における過給圧制御領域マップを示している。この過給圧制御領域マップは、横軸が吸気マニホールド61内のガス温度(吸気温度)であり、縦軸が過給圧である。また、この過給圧制御領域マップで斜線を付した領域が、気筒内のガス量が要求筒内ガス量以上となる「目標過給圧制御領域」である。ここで、要求筒内ガス量とは、排気中におけるHC排出量を規制の範囲内に抑えることが可能となる筒内ガス量の範囲において最も低い筒内ガス量である。つまり、この斜線を付した目標過給圧制御領域で運転されている限りにおいては、気筒内のガス量は要求筒内ガス量以上となり、排気中におけるHC排出量を規制の範囲内に抑えることが可能となる。   In the calculation process (2), a supercharging pressure control region map corresponding to the current operating lattice point is extracted from the supercharging pressure control region map defined for each operating lattice point of the engine 1, and this supercharging pressure is extracted. A “target boost pressure control region” is obtained from the control region map. These supercharging pressure control area maps are stored in the ROM. FIG. 5 shows a supercharging pressure control region map at a certain operation grid point. In this supercharging pressure control region map, the horizontal axis represents the gas temperature (intake air temperature) in the intake manifold 61, and the vertical axis represents the supercharging pressure. In addition, the hatched region in the supercharging pressure control region map is a “target supercharging pressure control region” in which the gas amount in the cylinder is equal to or greater than the required in-cylinder gas amount. Here, the required in-cylinder gas amount is the in-cylinder gas amount that is the lowest in the range of the in-cylinder gas amount in which the HC emission amount in the exhaust gas can be suppressed within the regulation range. In other words, as long as the engine is operated in the target supercharging pressure control region with the hatched lines, the amount of gas in the cylinder will be equal to or greater than the required in-cylinder gas amount, and the HC emission amount in the exhaust will be kept within the regulation range. Is possible.

前記算出処理(3)では、同一格子点を対象とした前記EGR率制御領域マップおよび過給圧制御領域マップに基づいて、排気中におけるNOx排出量を規制の範囲内に抑えることができ、且つ排気中におけるHC排出量を規制の範囲内に抑えることができる制御領域(排気成立制御領域)を求める。具体的には、前記各マップを変換することで作成されたマップ(後述する操作量マップ)の重ね合わせにより「排気成立制御領域」を求める。この際、前記EGR率制御領域マップと過給圧制御領域マップとは、各座標が異なっているので、これら座標を合致させるための操作量マップの作成処理も行われる(詳しくは後述する)。   In the calculation process (3), based on the EGR rate control region map and the supercharging pressure control region map for the same grid point, the NOx emission amount in the exhaust gas can be suppressed within a regulation range, and A control region (exhaust establishment control region) in which the amount of HC emission in the exhaust can be suppressed within the regulation range is obtained. Specifically, an “exhaust establishment control region” is obtained by superimposing maps created by converting the maps (operation amount maps described later). At this time, since the coordinates of the EGR rate control area map and the supercharging pressure control area map are different, an operation amount map creation process for matching these coordinates is also performed (details will be described later).

前記算出処理(4)では、現在の運転状態に対し、NOx排出量およびHC排出量を共に規制の範囲内に抑えることができる運転状態とするために要する時間を最短にすることが可能なEGR率および過給圧を算出する。そして、これらを目標EGR率および目標過給圧として設定する。この際、EGR率の変化量に応じて決定されるEGR率の過渡応答性(EGRバルブ81の応答性)、および、過給圧の変化量に応じて決定される過給圧の過渡応答性(可変ノズルベーン機構54の応答性)が考慮されて前記最短時間が算出され、これに基づいて目標EGR率および目標過給圧が決定される。   In the calculation process (4), an EGR that can minimize the time required to achieve an operation state in which both the NOx emission amount and the HC emission amount can be suppressed within the regulation range with respect to the current operation state. Calculate the rate and supercharging pressure. These are set as the target EGR rate and the target boost pressure. At this time, the transient response of the EGR rate determined in accordance with the amount of change in the EGR rate (the response of the EGR valve 81), and the transient response of the boost pressure determined in accordance with the amount of change in the boost pressure. The shortest time is calculated in consideration of (responsiveness of the variable nozzle vane mechanism 54), and based on this, the target EGR rate and the target supercharging pressure are determined.

このような協調制御での各算出処理が行われるため、本発明に係る「内燃機関の制御装置」は、前記ECU100によって構成される。そして、この制御装置に対する入力信号としては、クランクポジションセンサ40からの信号、吸気圧センサ48からの信号等の各センサからの信号が挙げられる。そして、この制御装置は、これら信号に基づいて、目標EGR率および目標過給圧を決定し、目標EGR率を達成するための制御信号をEGRバルブ81に出力すると共に、目標過給圧を達成するための制御信号を可変ノズルベーン機構54に出力するようになっている。   Since each calculation process in such cooperative control is performed, the “control device for an internal combustion engine” according to the present invention is configured by the ECU 100. As an input signal to the control device, a signal from each sensor such as a signal from the crank position sensor 40 and a signal from the intake pressure sensor 48 can be cited. The control device determines a target EGR rate and a target supercharging pressure based on these signals, outputs a control signal for achieving the target EGR rate to the EGR valve 81, and achieves the target supercharging pressure. A control signal for this is output to the variable nozzle vane mechanism 54.

以下、協調制御の手順を図6のフローチャート、および、図7〜図12のマップ並びにグラフを用いて説明する。   Hereinafter, the cooperative control procedure will be described with reference to the flowchart of FIG. 6 and the maps and graphs of FIGS.

この協調制御では、先ず、ステップST1において気筒内の現在の酸素濃度が算出される。この際、酸素濃度は、EGRバルブ81の開度によって設定されている現在のEGR率(現時点で設定されている目標EGR率)、および、現在の酸素過剰率によって算出される。また、この酸素過剰率は、エンジン回転速度(クランクポジションセンサ40からの出力信号に基づいて算出される)、燃料噴射量(インジェクタ23への噴射量指令値により求められる)、過給圧(吸気圧センサ48によって検出される)、吸気温度(吸気温センサ49によって検出される)、吸気量(エアフローメータ43によって検出される)等をパラメータとして算出される。   In this cooperative control, first, in step ST1, the current oxygen concentration in the cylinder is calculated. At this time, the oxygen concentration is calculated from the current EGR rate set by the opening degree of the EGR valve 81 (target EGR rate set at the present time) and the current oxygen excess rate. The oxygen excess rate is calculated based on the engine speed (calculated based on the output signal from the crank position sensor 40), the fuel injection amount (obtained from the injection amount command value to the injector 23), the supercharging pressure (intake It is calculated using parameters such as the intake air temperature (detected by the air flow meter 43), the intake air temperature (detected by the intake air temperature sensor 49), the intake air temperature (detected by the air flow meter 43).

ステップST2では、前記ステップST1で算出された現在の酸素濃度を、現在の運転格子点に対応した前記EGR率制御領域マップに当て嵌めることで、酸素濃度の偏差を算出する。つまり、EGR率制御領域マップにおいて許容する酸素濃度の上限値である前記要求酸素濃度と現在の酸素濃度との偏差を求める。現在の酸素濃度が要求酸素濃度よりも低く目標EGR率制御領域(目標EGR率制御領域算出部によって求められた目標EGR率制御領域)内にある場合には、前記偏差は、EGR率の低下許容範囲の最大値とされる。つまり、この偏差分だけEGR率を低下させてもNOx排出量を規制の範囲内に抑えることができる。一方、現在の酸素濃度が要求酸素濃度よりも高く目標EGR率制御領域から外れている場合には、前記偏差は、NOx排出量を規制の範囲内に抑えるために必要となるEGR率の上昇量となる。   In step ST2, the oxygen concentration deviation is calculated by fitting the current oxygen concentration calculated in step ST1 to the EGR rate control region map corresponding to the current operation grid point. That is, the deviation between the required oxygen concentration, which is the upper limit value of the oxygen concentration allowed in the EGR rate control region map, and the current oxygen concentration is obtained. If the current oxygen concentration is lower than the required oxygen concentration and is within the target EGR rate control region (the target EGR rate control region obtained by the target EGR rate control region calculation unit), the deviation is allowed to decrease the EGR rate. The maximum value of the range. That is, even if the EGR rate is reduced by this deviation, the NOx emission amount can be suppressed within the regulation range. On the other hand, when the current oxygen concentration is higher than the required oxygen concentration and deviates from the target EGR rate control region, the deviation is the amount of increase in the EGR rate required to keep the NOx emission amount within the regulation range. It becomes.

図7(a)の点Iは、この場合におけるEGR率制御領域マップ上の現在の動作点(制御点)の一例を示している。この図7(a)に示すものは、現在の動作点が前記斜線を付した領域、つまり、前記目標EGR率制御領域内となっている。この場合、気筒内の酸素濃度は要求酸素濃度以下であるため、排気中におけるNOx排出量を規制の範囲内に抑えることが可能となっている。また、この動作点は要求酸素濃度との間に偏差を有しているため、この偏差に相当する分だけ酸素濃度を上昇させても(EGR率を低下させても、また、酸素過剰率を上昇させても)、排気中におけるNOx排出量を規制の範囲内に抑えることが可能となっている。つまり、EGR率の調整幅に余裕代が存在した状態となっている。   Point I in FIG. 7A shows an example of the current operating point (control point) on the EGR rate control region map in this case. In FIG. 7A, the current operating point is in the shaded area, that is, in the target EGR rate control area. In this case, since the oxygen concentration in the cylinder is equal to or lower than the required oxygen concentration, the NOx emission amount in the exhaust gas can be suppressed within the regulation range. Further, since this operating point has a deviation from the required oxygen concentration, even if the oxygen concentration is increased by an amount corresponding to this deviation (even if the EGR rate is reduced, the oxygen excess rate is reduced). Even if it is raised), it is possible to keep the NOx emission amount in the exhaust gas within the regulation range. That is, there is a margin for the adjustment range of the EGR rate.

次に、ステップST3において気筒内の現在のガス量が算出される。この際、ガス量は、過給圧、吸気量および吸気温度等によって算出される。   Next, in step ST3, the current gas amount in the cylinder is calculated. At this time, the gas amount is calculated based on the supercharging pressure, the intake air amount, the intake air temperature, and the like.

ステップST4では、前記ステップST3で算出された現在の筒内ガス量を、現在の運転格子点に対応した前記過給圧制御領域マップに当て嵌めることで、ガス量の偏差を算出する。つまり、過給圧制御領域マップにおいて必要とされるガス量の下限値である前記要求筒内ガス量と現在の筒内ガス量との偏差を求める。現在の筒内ガス量が要求筒内ガス量よりも高く目標過給圧制御領域(目標過給圧制御領域算出部によって求められた目標過給圧制御領域)内にある場合には、前記偏差は、過給圧の低下許容範囲の最大値とされる。つまり、この偏差分だけ過給圧を低下させてもHC排出量を規制の範囲内に抑えることができる。一方、現在の筒内ガス量が要求筒内ガス量よりも低く目標過給圧制御領域から外れている場合には、前記偏差は、HC排出量を規制の範囲内に抑えるために必要となる過給圧の上昇量となる。   In step ST4, the gas amount deviation is calculated by fitting the current in-cylinder gas amount calculated in step ST3 to the supercharging pressure control region map corresponding to the current operation grid point. That is, the deviation between the required in-cylinder gas amount that is the lower limit value of the gas amount required in the supercharging pressure control region map and the current in-cylinder gas amount is obtained. If the current in-cylinder gas amount is higher than the required in-cylinder gas amount and is within the target boost pressure control region (the target boost pressure control region calculated by the target boost pressure control region calculation unit), the deviation Is the maximum value within the allowable range of decrease in supercharging pressure. That is, even if the supercharging pressure is reduced by this deviation, the HC emission amount can be kept within the regulation range. On the other hand, when the current in-cylinder gas amount is lower than the required in-cylinder gas amount and deviates from the target boost pressure control region, the deviation is necessary to keep the HC emission amount within the regulation range. Increases the boost pressure.

図8(a)の点I’は、この場合における過給圧制御領域マップ上の現在の動作点(制御点)の一例を示している。この図8(a)に示すものは、現在の動作点が前記斜線を付した領域から外れた領域、つまり、前記目標過給圧制御領域から外れた領域となっている。この場合、気筒内のガス量は要求筒内ガス量未満であるため、排気中におけるHC排出量を規制の範囲内に抑えることができない状態となっている。また、この動作点は要求筒内ガス量との間に偏差を有しているため、この偏差に相当する分だけ筒内ガス量を上昇させなければ(過給圧を上昇させなければ、また、吸気温度が低下しなければ)、排気中におけるHC排出量を規制の範囲内に抑えることができない状態となっている。   A point I ′ in FIG. 8A shows an example of the current operating point (control point) on the supercharging pressure control region map in this case. FIG. 8A shows a region where the current operating point is out of the shaded region, that is, a region out of the target boost pressure control region. In this case, since the amount of gas in the cylinder is less than the required amount of in-cylinder gas, the amount of HC emission in the exhaust cannot be suppressed within the regulation range. Also, since this operating point has a deviation from the required in-cylinder gas amount, if the in-cylinder gas amount is not increased by an amount corresponding to this deviation (if the boost pressure is not increased, or If the intake air temperature does not decrease), the HC emission amount in the exhaust cannot be kept within the regulation range.

次に、ステップST5において、NOx排出量を規制の範囲内に抑えることができ、且つHC排出量を規制の範囲内に抑えることができる排気成立制御領域を算出する(排気成立制御領域算出部による排気成立制御領域の算出処理)。具体的には、前記EGR率制御領域マップおよび過給圧制御領域マップに基づいて排気成立制御領域マップを作成する。   Next, in step ST5, an exhaust establishment control region in which the NOx emission amount can be suppressed within the restriction range and the HC emission amount can be suppressed within the restriction range is calculated (by the exhaust formation control region calculation unit). (Exhaust establishment control region calculation process). Specifically, an exhaust establishment control region map is created based on the EGR rate control region map and the boost pressure control region map.

この排気成立制御領域マップを作成するに際しては、先ず、EGR率制御領域マップおよび過給圧制御領域マップそれぞれに対応した操作量マップを作成する。以下、これら操作量マップの作成について説明する。   In creating this exhaust establishment control region map, first, an operation amount map corresponding to each of the EGR rate control region map and the supercharging pressure control region map is created. Hereinafter, creation of these operation amount maps will be described.

先ず、EGR率制御領域マップと現在の動作点とに基づいてEGR率の調整範囲を求めるための操作量マップを作成する。図7(b)は、この操作量マップを示している。この操作量マップは、前記図7(a)に示したEGR率制御領域マップから変換されたものである。この操作量マップは、横軸がEGR率の変化量(ΔEGR率)であり、縦軸が過給圧の変化量(Δ過給圧)であり、現在の動作点Iを横軸(ΔEGR率軸)上に位置させたものとなっている。つまり、操作量マップは、図7(a)のEGR率制御領域マップから、横軸をΔEGR率に変換し、縦軸をΔ過給圧に変換したものとなっている。このマップの変換に当たり、過給圧と酸素過剰率との間には相関があるので、これらマップ間での縦軸の変換は可能である。つまり、過給圧の上昇に伴って酸素過剰率も上昇していくため、この関係から、これらマップ間での縦軸の変換は可能である。図7(b)に示す操作量マップにあっては、斜線を付した領域内でΔEGR率およびΔ過給圧を変化させても排気中におけるNOx排出量を規制の範囲内に抑えることが可能となっている。   First, an operation amount map for obtaining an EGR rate adjustment range is created based on the EGR rate control region map and the current operating point. FIG. 7B shows this manipulated variable map. This operation amount map is converted from the EGR rate control region map shown in FIG. In this manipulated variable map, the horizontal axis is the amount of change in EGR rate (ΔEGR rate), the vertical axis is the amount of change in supercharging pressure (Δsupercharging pressure), and the current operating point I is plotted on the horizontal axis (ΔEGR rate). It is located on the (axis). That is, the manipulated variable map is obtained by converting the horizontal axis into the ΔEGR rate and the vertical axis into the Δ supercharging pressure from the EGR rate control region map in FIG. In this map conversion, there is a correlation between the supercharging pressure and the oxygen excess rate, so the vertical axis conversion between these maps is possible. That is, as the supercharging pressure increases, the oxygen excess rate also increases. From this relationship, the vertical axis can be converted between these maps. In the operation amount map shown in FIG. 7B, it is possible to keep the NOx emission amount in the exhaust gas within the regulation range even if the ΔEGR rate and the Δ supercharging pressure are changed in the hatched region. It has become.

また、過給圧制御領域マップと現在の動作点とに基づいて過給圧の調整範囲を求めるための操作量マップを作成する。具体的には、前記図8(a)に示した過給圧制御領域マップを、図8(b)に示す1次操作量マップに変換した後、図8(c)に示す2次操作量マップに変換する。1次操作量マップは、横軸が吸気温度の変化量(ΔTb)であり、縦軸が過給圧の変化量(Δ過給圧)であり、現在の動作点I’を横軸(ΔTb軸)上に位置させたものとなっている。つまり、1次操作量マップは、図8(a)の過給圧制御領域マップから、横軸をΔTbに変換し、縦軸をΔ過給圧に変換したものとなっている。また、2次操作量マップは、横軸がEGR率の変化量(ΔEGR率)であり、縦軸が過給圧の変化量(Δ過給圧)であり、現在の動作点I’を横軸(ΔEGR率軸)上に位置させたものとなっている。2次操作量マップは、1次操作量マップから、横軸をΔEGR率に変換したものとなっている。1次操作量マップから2次操作量マップに変換するに当たり、EGR率と吸気温度との間には相関があるので、これらマップ間での横軸の変換は可能である。つまり、EGR率の上昇に伴って吸気温度も上昇していくため、この関係から、これらマップ間での横軸の変換は可能である。図8(c)に示す2次操作量マップにあっては、過給圧を上昇させなければ排気中におけるHC排出量を規制の範囲内に抑えることができない状態となっている。   Further, an operation amount map for obtaining an adjustment range of the supercharging pressure is created based on the supercharging pressure control region map and the current operating point. Specifically, after the boost pressure control region map shown in FIG. 8A is converted into a primary operation amount map shown in FIG. 8B, a secondary operation amount shown in FIG. Convert to a map. In the primary manipulated variable map, the horizontal axis is the amount of change in intake air temperature (ΔTb), the vertical axis is the amount of change in supercharging pressure (Δsupercharging pressure), and the current operating point I ′ is plotted on the horizontal axis (ΔTb). It is located on the (axis). That is, the primary manipulated variable map is obtained by converting the horizontal axis into ΔTb and the vertical axis into Δ supercharging pressure from the supercharging pressure control region map in FIG. In the secondary manipulated variable map, the horizontal axis is the amount of change in EGR rate (ΔEGR rate), the vertical axis is the amount of change in supercharging pressure (Δsupercharging pressure), and the current operating point I ′ is It is located on the axis (ΔEGR rate axis). The secondary operation amount map is obtained by converting the horizontal axis into the ΔEGR rate from the primary operation amount map. In converting from the primary operation amount map to the secondary operation amount map, there is a correlation between the EGR rate and the intake air temperature, so that the horizontal axis can be converted between these maps. In other words, since the intake air temperature increases as the EGR rate increases, the horizontal axis between these maps can be converted from this relationship. In the secondary operation amount map shown in FIG. 8C, the HC emission amount in the exhaust cannot be suppressed within the regulation range unless the supercharging pressure is increased.

このようにして、EGR率制御領域マップに基づく操作量マップ(図7(b))および過給圧制御領域マップに基づく2次操作量マップ(図8(c))をそれぞれ作成した後、排気成立制御領域の算出を行う。具体的には、前記各操作量マップを重ね合わせることによって排気成立制御領域マップを作成する。図9は、この排気成立制御領域マップを示している。   In this way, after creating the operation amount map (FIG. 7B) based on the EGR rate control region map and the secondary operation amount map based on the supercharging pressure control region map (FIG. 8C), exhaust gas is created. The establishment control area is calculated. Specifically, the exhaust establishment control region map is created by superimposing the operation amount maps. FIG. 9 shows this exhaust establishment control region map.

この排気成立制御領域マップにあっては、EGR率制御領域マップに基づく操作量マップ(図7(b))における斜線を付した領域(EGR率および過給圧を変化させても排気中におけるNOx排出量を規制の範囲内に抑えることが可能な領域)と、過給圧制御領域マップに基づく2次操作量マップ(図8(c))における斜線を付した領域(EGR率および過給圧を変化させても排気中におけるHC排出量を規制の範囲内に抑えることが可能な領域)とが重なる領域(図9において斜線を付した領域)が排気成立制御領域となっている。つまり、この排気成立制御領域が、NOx排出量を規制の範囲内に抑えることができ、且つHC排出量を規制の範囲内に抑えることができる領域となっている。なお、現在の動作点が排気成立制御領域よりも上側(排気成立制御領域マップにおける上側)に外れている場合には、酸素濃度が高いことに起因しNOx排出量を規制の範囲内に抑えることができていない状態となる。一方、現在の動作点が排気成立制御領域よりも下側(排気成立制御領域マップにおける下側)に外れている場合には、ガス量が少ないことに起因しHC排出量を規制の範囲内に抑えることができていない状態となる。   In this exhaust formation control region map, the hatched region in the operation amount map (FIG. 7B) based on the EGR rate control region map (NOx in exhaust even if the EGR rate and supercharging pressure are changed). The region in which the discharge amount can be suppressed within the regulation range) and the hatched region (EGR rate and supercharging pressure) in the secondary operation amount map (FIG. 8C) based on the supercharging pressure control region map The region where the HC emission amount in the exhaust gas can be kept within the regulation range even when the exhaust gas is changed (the hatched region in FIG. 9) is the exhaust gas establishment control region. In other words, this exhaust establishment control region is a region in which the NOx emission amount can be suppressed within the regulation range, and the HC emission amount can be suppressed within the regulation range. When the current operating point is out of the exhaust establishment control region (upper side in the exhaust establishment control region map), the NOx emission amount is suppressed within the regulation range due to the high oxygen concentration. It is in a state where it is not possible. On the other hand, if the current operating point is below the exhaust establishment control region (lower side in the exhaust establishment control region map), the HC emission amount is within the regulation range due to the small amount of gas. It will be in the state which cannot be suppressed.

次に、ステップST6に移り、現在の動作点が前記排気成立制御領域マップ上の排気成立制御領域(斜線を付した領域)内にあるか否かを判定する。つまり、現在の動作点において、NOx排出量を規制の範囲内に抑えることができており、且つHC排出量を規制の範囲内に抑えることができているか否かを判定する。   Next, the process proceeds to step ST6, in which it is determined whether or not the current operating point is within the exhaust establishment control region (the hatched region) on the exhaust establishment control region map. That is, at the current operating point, it is determined whether the NOx emission amount can be suppressed within the regulation range and the HC emission amount can be suppressed within the regulation range.

現在の動作点が排気成立制御領域内に無い状態、つまり、NOx排出量およびHC排出量のうち少なくとも一方が規制の範囲内に抑えられていない状態であって、ステップST6でNO判定された場合には、ステップST7に移る。このステップST7では、過給圧の過渡応答性Kp(可変ノズルベーン機構54の応答性)、および、EGR率の過渡応答性Ke(EGRバルブ81の応答性)を読み込む。具体的に、過給圧の過渡応答性Kpは、過給圧の変化量(Δ過給圧)に応じて変化する。また、EGR率の過渡応答性Keは、EGR率の変化量(ΔEGR率)に応じて変化する。前記ROMには、エンジン1の各運転格子点に対応して、Δ過給圧に応じた過給圧の過渡応答性Kp、および、ΔEGR率に応じたEGR率の過渡応答性Keが予め記憶されている。   When the current operating point is not within the exhaust gas control range, that is, when at least one of the NOx emission amount and the HC emission amount is not within the regulation range and NO is determined in step ST6 Then, the process proceeds to step ST7. In step ST7, a transient response Kp of the supercharging pressure (responsiveness of the variable nozzle vane mechanism 54) and a transient response Ke of the EGR rate (responsiveness of the EGR valve 81) are read. Specifically, the transient response Kp of the supercharging pressure changes in accordance with the amount of change in supercharging pressure (Δsupercharging pressure). Further, the transient responsiveness Ke of the EGR rate changes according to the amount of change in the EGR rate (ΔEGR rate). In the ROM, the transient response Kp of the boost pressure corresponding to the Δ boost pressure and the transient response Ke of the EGR rate corresponding to the ΔEGR rate are stored in advance corresponding to each operation grid point of the engine 1. Has been.

前記過渡応答性は、要求された変化量(過給圧の変化量、EGR率の変化量)を達成するのに要する時間に置き換えることができる。図10は、前記Δ過給圧と、このΔ過給圧に応じた必要時間(過給圧の過渡応答性)との関係を表すグラフである。また、図11は、前記ΔEGR率と、このΔEGR率に応じた必要時間(EGR率の過渡応答性)との関係を表すグラフである。これらの情報がエンジン1の各運転格子点に対応して前記ROMに記憶されている。   The transient response can be replaced with the time required to achieve the required amount of change (the amount of change in supercharging pressure, the amount of change in EGR rate). FIG. 10 is a graph showing the relationship between the Δ supercharging pressure and the required time corresponding to the Δ supercharging pressure (transient response of the supercharging pressure). FIG. 11 is a graph showing the relationship between the ΔEGR rate and the required time (transient responsiveness of the EGR rate) according to the ΔEGR rate. These pieces of information are stored in the ROM corresponding to each operation grid point of the engine 1.

このようにして、過給圧の過渡応答性KpおよびEGR率の過渡応答性Keを読み込んだ後、ステップST8に移り、動作点を排気成立制御領域内へ移行させるための最短時間(最短到達時間)を算出する。   In this way, after reading the transient response Kp of the supercharging pressure and the transient response Ke of the EGR rate, the process proceeds to step ST8, and the shortest time (the shortest arrival time) for shifting the operating point into the exhaust gas establishment control region. ) Is calculated.

この最短到達時間の算出は以下のようにして行われる。ここでは、図7〜図9に示したように、現在の動作点が、目標EGR率制御領域内にあり、且つ目標過給圧制御領域から外れている場合を例に挙げて説明する。つまり、図9の排気成立制御領域マップにおいて排気成立制御領域よりも下側に動作点がある場合を例に挙げて説明する。   This shortest arrival time is calculated as follows. Here, as shown in FIGS. 7 to 9, the case where the current operating point is in the target EGR rate control region and is out of the target boost pressure control region will be described as an example. That is, the case where there is an operating point below the exhaust establishment control region in the exhaust establishment control region map of FIG. 9 will be described as an example.

先ず、動作点を排気成立制御領域内へ移行させるためには、図9の排気成立制御領域マップにおいて排気成立制御領域の最下ラインL1上の点(図9に破線で示している直線L1上の点)に動作点を移行させる必要がある。今、この直線L1を以下の式(1)とおく。   First, in order to shift the operating point into the exhaust establishment control region, a point on the lowermost line L1 of the exhaust establishment control region in the exhaust establishment control region map (on the straight line L1 indicated by the broken line in FIG. 9). It is necessary to shift the operating point to Now, let this straight line L1 be the following formula (1).

Δ過給圧=a×ΔEGR率+b …(1)
ここで、a,bはそれぞれ定数である。
Δsupercharging pressure = a × ΔEGR rate + b (1)
Here, a and b are constants.

次に、過給圧を排気成立制御領域内で現在の動作点に最も近い状態(前記直線L1上の点)まで移行させるために要する時間をt1とし、EGR率を排気成立制御領域内で現在の動作点に最も近い状態(前記直線L1上の点)まで移行させるために要する時間をt2とする。この場合、動作点を排気成立制御領域内へ移行させるために必要となる総時間は以下の式(2)で与えられる。   Next, the time required to shift the supercharging pressure to the state closest to the current operating point in the exhaust gas establishment control region (a point on the straight line L1) is t1, and the EGR rate is Let t2 be the time required to shift to the state closest to the operating point (point on the straight line L1). In this case, the total time required to shift the operating point into the exhaust gas establishment control region is given by the following equation (2).

t=t1+t2 …(2)
ここでは、現在の動作点が、目標EGR率制御領域内にあり、且つ目標過給圧制御領域から外れているので、Δ過給圧が採り得る値としては「正」の値(過給圧を上昇させる側の値)である。つまり、「Δ過給圧>0」となっている。また、ΔEGR率は「正」および「負」の何れの値(EGR率を上昇させる側の値および下降させる側の値)も採り得る。つまり、「ΔEGR率>0」または「ΔEGR率<0」となっている。
t = t1 + t2 (2)
Here, since the current operating point is within the target EGR rate control region and is out of the target boost pressure control region, the value that can be taken as the Δ boost pressure is a “positive” value (the boost pressure). Is the value on the side that raises. That is, “Δsupercharging pressure> 0”. Further, the ΔEGR rate can take any value of “positive” and “negative” (value on the side of increasing the EGR rate and value on the side of lowering). That is, “ΔEGR rate> 0” or “ΔEGR rate <0”.

以下、それぞれの場合に分けて時間tを算出する。   Hereinafter, the time t is calculated separately for each case.

(Δ過給圧>0、ΔEGR率>0の場合)
この場合、時間tは以下の式(3)で与えられる。
(When Δsupercharging pressure> 0, ΔEGR rate> 0)
In this case, the time t is given by the following equation (3).

t=f(Δ過給圧)+h(ΔEGR率) …(3)
ここで、fはΔ過給圧>0である場合の過給圧の過渡応答性Kpに応じて前記時間t1を求めるための関数である(図10を参照)。なお、実際にはΔ過給圧は図10の破線よりも高い値となっている。また、hはΔEGR率>0である場合のEGR率の過渡応答性Keに応じて前記時間t2を求めるための関数である(図11を参照)。なお、実際にはΔEGR率は図11の破線よりも高い値であって且つ正の値となっている。
t = f (Δsupercharging pressure) + h (ΔEGR rate) (3)
Here, f is a function for obtaining the time t1 according to the transient response Kp of the supercharging pressure when Δsupercharging pressure> 0 (see FIG. 10). Actually, the Δ supercharging pressure is higher than the broken line in FIG. Further, h is a function for obtaining the time t2 according to the transient response Ke of the EGR rate when ΔEGR rate> 0 (see FIG. 11). In practice, the ΔEGR rate is higher than the broken line in FIG. 11 and is a positive value.

前記式(1)を式(3)に代入すると式(4)が求められる。   Substituting equation (1) into equation (3) yields equation (4).

t=f(a×ΔEGR率+b)+h(ΔEGR率)
=m(ΔEGR率) …(4)
つまり、時間tはΔEGR率のみを変数とする関数(関数m)から求まる値となる。
t = f (a × ΔEGR rate + b) + h (ΔEGR rate)
= M (ΔEGR rate) (4)
That is, the time t is a value obtained from a function (function m) having only the ΔEGR rate as a variable.

このため、この式(4)から時間tの最小値が算出可能となる。以下、この時間tの最小値を「ta」とする。   For this reason, the minimum value of the time t can be calculated from the equation (4). Hereinafter, the minimum value of the time t is “ta”.

(Δ過給圧>0、ΔEGR率<0の場合)
この場合、時間tは以下の式(5)で与えられる。
(ΔSupercharging pressure> 0, ΔEGR rate <0)
In this case, the time t is given by the following equation (5).

t=f(Δ過給圧)+k(ΔEGR率) …(5)
ここで、kはΔEGR率<0である場合のEGR率の過渡応答性Keに応じて前記時間t2を求めるための関数である(図11を参照)。なお、実際にはΔEGR率は図11の破線よりも高い値であって且つ負の値となっている。
t = f (Δsupercharging pressure) + k (ΔEGR rate) (5)
Here, k is a function for obtaining the time t2 according to the transient response Ke of the EGR rate when ΔEGR rate <0 (see FIG. 11). In practice, the ΔEGR rate is higher than the broken line in FIG. 11 and is a negative value.

前記式(1)を式(5)に代入すると式(6)が求められる。   Substituting equation (1) into equation (5) yields equation (6).

t=f(a×ΔEGR率+b)+k(ΔEGR率)
=n(ΔEGR率) …(6)
つまり、この場合も、時間tはΔEGR率のみを変数とする関数(関数n)から求まる値となる。
t = f (a × ΔEGR rate + b) + k (ΔEGR rate)
= N (ΔEGR rate) (6)
That is, also in this case, the time t is a value obtained from a function (function n) having only the ΔEGR rate as a variable.

このため、この式(6)から時間tの最小値が算出可能となる。以下、この時間tの最小値を「tb」とする。   For this reason, the minimum value of time t can be calculated from this equation (6). Hereinafter, the minimum value of the time t is assumed to be “tb”.

そして、これら求められた時間tの最小値「ta」および「tb」のうち短い方の値を前記最短到達時間「tmin」として算出する。   Then, the shorter one of the obtained minimum values “ta” and “tb” of the time t is calculated as the shortest arrival time “tmin”.

これにより、動作点を排気成立制御領域内へ移行させるための最短到達時間tminが算出されたことになる。   Thereby, the shortest arrival time tmin for shifting the operating point into the exhaust gas establishment control region is calculated.

前述した如く、ここでは、現在の動作点が、目標EGR率制御領域内にあり、且つ目標過給圧制御領域から外れている場合を例に挙げて説明した。つまり、図9の排気成立制御領域マップにおいて排気成立制御領域よりも下側に動作点がある場合を例に挙げて説明した。仮に、現在の動作点が、目標過給圧制御領域内にあり、且つ目標EGR率制御領域から外れている場合(図9の排気成立制御領域マップにおいて排気成立制御領域よりも上側に動作点がある場合)にあっては、動作点を排気成立制御領域内へ移行させるためには、図9の排気成立制御領域マップにおいて排気成立制御領域の最上ラインL2上の点(図9に実線で示している直線L2上の点)に移行させるように前述の演算が行われる。また、この場合、Δ過給圧が採り得る値としては「正」および「負」の何れの値(過給圧を上昇させる側の値および下降させる側の値)も採り得る。つまり、「Δ過給圧>0」または「過給圧<0」となっている。また、ΔEGR率が採り得る値としては「正」の値(EGR率を上昇させる側の値)である。つまり、「ΔEGR率>0」となっている。このため、「Δ過給圧>0、ΔEGR率>0の場合」および「Δ過給圧<0、ΔEGR率>0の場合」それぞれに場合分けして時間tの最小値を求めて前記最短到達時間tminを算出することになる。   As described above, here, the case where the current operating point is in the target EGR rate control region and out of the target boost pressure control region has been described as an example. That is, the case where there is an operating point below the exhaust establishment control region in the exhaust establishment control region map of FIG. 9 has been described as an example. If the current operating point is within the target boost pressure control region and is out of the target EGR rate control region (the operating point is above the exhaust establishment control region in the exhaust establishment control region map of FIG. 9). In some cases, in order to shift the operating point into the exhaust establishment control region, a point on the uppermost line L2 of the exhaust establishment control region in the exhaust establishment control region map of FIG. 9 (shown by a solid line in FIG. 9). The above calculation is performed so as to shift to a point on the straight line L2. In this case, the value that can be taken by the Δ supercharging pressure can be either “positive” or “negative” (the value on the side that increases the supercharging pressure and the value that decreases the value). That is, “Δsupercharging pressure> 0” or “supercharging pressure <0”. Further, a value that can be taken by the ΔEGR rate is a “positive” value (a value on the side that increases the EGR rate). That is, “ΔEGR rate> 0”. For this reason, the minimum value of the time t is determined for each of the cases “Δ supercharging pressure> 0, ΔEGR rate> 0” and “Δsupercharging pressure <0, ΔEGR rate> 0”. The arrival time tmin is calculated.

また、仮に、現在の動作点が、目標EGR率制御領域から外れており、且つ目標過給圧制御領域から外れている場合(図9の排気成立制御領域マップにおいて点IIで示す動作点である場合)にあっては、動作点を排気成立制御領域内へ移行させるためには、図9の排気成立制御領域マップにおいて排気成立制御領域の最下ラインL1と最上ラインL2との交点またはその付近に移行させるように前述の演算が行われる。また、この場合、Δ過給圧が採り得る値としては「正」の値(過給圧を上昇させる側の値)である。つまり、「Δ過給圧>0」となっている。また、ΔEGR率が採り得る値としては「正」の値(EGR率を上昇させる側の値)である。つまり、「ΔEGR率>0」となっている。このため、「Δ過給圧>0、ΔEGR率>0の場合」における前記最短到達時間tminを算出することになる。   Further, if the current operating point is out of the target EGR rate control region and out of the target supercharging pressure control region (this is the operating point indicated by point II in the exhaust establishment control region map of FIG. 9). In order to shift the operating point into the exhaust establishment control region, the intersection of the lowermost line L1 and the uppermost line L2 in the exhaust establishment control region in the exhaust establishment control region map of FIG. The above-described calculation is performed so as to shift to. Further, in this case, a value that can be taken by the Δ supercharging pressure is a “positive” value (a value on the side that increases the supercharging pressure). That is, “Δsupercharging pressure> 0”. Further, a value that can be taken by the ΔEGR rate is a “positive” value (a value on the side that increases the EGR rate). That is, “ΔEGR rate> 0”. For this reason, the shortest arrival time tmin in the case “Δ supercharging pressure> 0, ΔEGR rate> 0” is calculated.

以上のようにして最短到達時間tminを算出した後、ステップST9に移り、動作点を排気成立制御領域内(前記直線L1上の点)へ移行させるために必要となる制御量であるΔEGR率およびΔ過給圧を算出する。   After calculating the shortest arrival time tmin as described above, the process proceeds to step ST9, where the ΔEGR rate which is a control amount required to shift the operating point to the exhaust gas establishment control region (point on the straight line L1) and Calculate the Δ supercharging pressure.

ΔEGR率の算出に際しては、前記最短到達時間tminを式(4)のtに代入することで求められる。また、Δ過給圧の算出に際しては、この求められたΔEGR率を式(1)に代入することで求められる。ここで求められたΔEGR率およびΔ過給圧は、図9におけるX(EGR率の制御量)およびY(過給圧の制御量)に相当する。   The ΔEGR rate is calculated by substituting the shortest arrival time tmin into t in Equation (4). Further, when calculating the Δ supercharging pressure, it is obtained by substituting the obtained ΔEGR rate into the equation (1). The ΔEGR rate and Δsupercharging pressure obtained here correspond to X (control amount of EGR rate) and Y (control amount of supercharging pressure) in FIG.

ステップST10では、現在のEGR率に対して前述の如く求められたΔEGR率を加算することにより得られた値を目標EGR率として算出する(前記目標値算出部による目標EGR率の算出)。ΔEGR率が「正」の値であった場合には、現在のEGR率に対してこのΔEGR率だけ加算した値が目標EGR率となる。また、ΔEGR率が「負」の値であった場合には、現在のEGR率に対してこのΔEGR率だけ減算した値が目標EGR率となる。   In step ST10, a value obtained by adding the ΔEGR rate obtained as described above to the current EGR rate is calculated as the target EGR rate (calculation of the target EGR rate by the target value calculation unit). When the ΔEGR rate is a “positive” value, a value obtained by adding this ΔEGR rate to the current EGR rate is the target EGR rate. When the ΔEGR rate is a “negative” value, a value obtained by subtracting the ΔEGR rate from the current EGR rate is the target EGR rate.

同様に、現在の過給圧に対して前述の如く求められたΔ過給圧を加算することにより得られた値を目標過給圧として算出する(前記目標値算出部による目標過給圧の算出)。Δ過給圧が「正」の値であった場合には、現在の過給圧に対してこのΔ過給圧だけ加算した値が目標過給圧となる。また、Δ過給圧が「負」の値であった場合には、現在の過給圧に対してこのΔ過給圧だけ減算した値が目標過給圧となる。   Similarly, a value obtained by adding the Δ supercharging pressure obtained as described above to the current supercharging pressure is calculated as a target supercharging pressure (the target supercharging pressure by the target value calculating unit). Calculation). When the Δ supercharging pressure is a “positive” value, a value obtained by adding this Δsupercharging pressure to the current supercharging pressure becomes the target supercharging pressure. Further, when the Δ supercharging pressure is a “negative” value, a value obtained by subtracting this Δ supercharging pressure from the current supercharging pressure becomes the target supercharging pressure.

そして、ステップST11では、EGR率が前記算出された目標EGR率となるようにEGRバルブ81の開度制御を実行する。また、過給圧が前記算出された目標過給圧となるようにノズルベーン54aの開度制御を実行する。   In step ST11, the opening degree control of the EGR valve 81 is executed so that the EGR rate becomes the calculated target EGR rate. Further, the opening degree control of the nozzle vane 54a is executed so that the supercharging pressure becomes the calculated target supercharging pressure.

目標EGR率を達成するためのEGRバルブ81の開度制御としては、実EGR率を算出し、この実EGR率を目標EGR率に近付けるためのフィードバック制御が行われる。実EGR率の算出に際しては、例えば、図示しないEGRバルブ開度センサによって検出されたEGRバルブ81の開度、前記吸気温センサ49によって検出された吸気の温度、吸気圧センサ48によって検出された吸気圧力等をパラメータとして、予め前記ROMに記憶された所定の演算式またはマップから求められる。また、目標過給圧を達成するためのノズルベーン54aの開度制御としては、実過給圧を算出し、この実過給圧を目標過給圧に近付けるためのフィードバック制御が行われる。実過給圧は、例えば前記吸気圧センサ48によって検出された吸気圧力等から求められる。   As the opening control of the EGR valve 81 for achieving the target EGR rate, feedback control is performed to calculate the actual EGR rate and bring the actual EGR rate closer to the target EGR rate. In calculating the actual EGR rate, for example, the opening degree of the EGR valve 81 detected by an EGR valve opening degree sensor (not shown), the intake air temperature detected by the intake air temperature sensor 49, and the intake air pressure detected by the intake pressure sensor 48 are used. Using pressure or the like as a parameter, it is obtained from a predetermined arithmetic expression or map stored in advance in the ROM. Further, as the opening degree control of the nozzle vane 54a for achieving the target boost pressure, feedback control is performed to calculate the actual boost pressure and bring the actual boost pressure closer to the target boost pressure. The actual boost pressure is obtained from the intake pressure detected by the intake pressure sensor 48, for example.

このようなEGRバルブ81の開度制御およびノズルベーン54aの開度制御が実行されることにより、最短の時間をもって、NOx排出量を規制の範囲内に抑えることができ、且つHC排出量を規制の範囲内に抑えることができる。   By performing the opening degree control of the EGR valve 81 and the opening degree control of the nozzle vane 54a, the NOx emission amount can be suppressed within the regulation range in the shortest time and the HC emission amount can be regulated. Can be kept within the range.

一方、ステップST6において、現在の動作点が前記排気成立制御領域マップ上の排気成立制御領域(図9において斜線を付した領域)内にあると判定された場合には、現在の動作点において、NOx排出量を規制の範囲内に抑えることができており、且つHC排出量を規制の範囲内に抑えることができていることになる。例えば図12に示すように排気成立制御領域マップにおいて排気成立制御領域(斜線を付した領域)内に動作点Iがある場合である。   On the other hand, if it is determined in step ST6 that the current operating point is within the exhaust establishment control region (the hatched region in FIG. 9) on the exhaust establishment control region map, This means that the NOx emission amount can be kept within the regulation range, and the HC emission amount can be kept within the regulation range. For example, as shown in FIG. 12, this is the case where the operating point I is in the exhaust establishment control region (shaded area) in the exhaust establishment control region map.

本実施形態では、このような状況においてターボチャージャ5の総合効率が最大効率となるような協調制御を行うようにしている。つまり、ステップST6でYES判定された場合には、ステップST12に移り、現在のエンジン運転状態(運転格子点)における目標ターボ総合効率を読み込む。この目標ターボ総合効率は、各運転格子点毎に前記ROMに記憶されている。   In the present embodiment, cooperative control is performed so that the overall efficiency of the turbocharger 5 becomes the maximum efficiency in such a situation. That is, if YES is determined in step ST6, the process proceeds to step ST12, and the target turbo total efficiency in the current engine operation state (operation grid point) is read. This target turbo overall efficiency is stored in the ROM for each operating grid point.

なお、ターボ総合効率とは、タービン効率と、コンプレッサ効率と、機械効率との積で表される。タービン効率は、タービンの仕事量を、タービンで失った排気エネルギー量で除算したものである。また、コンプレッサ効率は、空気の圧縮仕事量をタービンの仕事量で除算したものである。また、機械効率は、タービンに与えられた排気エネルギー量に対する、ベアリングおよびシール等の摩擦抵抗によって生じた損失分を減算した残りのエネルギー量の比である。   The turbo overall efficiency is represented by the product of turbine efficiency, compressor efficiency, and mechanical efficiency. Turbine efficiency is the turbine work divided by the amount of exhaust energy lost in the turbine. The compressor efficiency is the air compression work divided by the turbine work. The mechanical efficiency is the ratio of the remaining energy amount obtained by subtracting the loss caused by the frictional resistance of bearings and seals to the exhaust energy amount given to the turbine.

その後、ステップST13に移り、動作点を、ターボ総合効率が最大効率となる動作点へ移行させるための最短到達時間を算出する。この最短到達時間の算出は、前記ステップST8での処理と同様にして行われる。   Thereafter, the process proceeds to step ST13, and the shortest arrival time for shifting the operating point to the operating point at which the turbo overall efficiency becomes the maximum efficiency is calculated. The calculation of the shortest arrival time is performed in the same manner as the processing in step ST8.

その後、前述した場合と同様に、ステップST9でのΔEGR率およびΔ過給圧の算出処理、ステップST10での目標EGR率および目標過給圧の算出処理、ステップST11でのEGRバルブ81の開度制御およびノズルベーン54aの開度制御が行われる。図12に示すものでは、ターボ総合効率が最大効率となる動作点が図中のIIIであり、この動作点IIIを達成するためのΔEGR率およびΔ過給圧の算出処理が行われて、目標EGR率および目標過給圧が求められる。   Thereafter, in the same manner as described above, the ΔEGR rate and Δsupercharging pressure calculation processing in step ST9, the target EGR rate and target supercharging pressure calculation processing in step ST10, and the opening degree of the EGR valve 81 in step ST11 Control and opening degree control of the nozzle vane 54a are performed. In the example shown in FIG. 12, the operating point at which the overall turbo efficiency is maximum is III in the figure, and the ΔEGR rate and Δsupercharging pressure calculation processing for achieving this operating point III is performed, An EGR rate and a target boost pressure are obtained.

このように、現在の動作点が排気成立制御領域マップ上の排気成立制御領域内にある場合には、ターボ総合効率が最大効率となる動作点を目標EGR率および目標過給圧としてそれぞれ設定してEGRバルブ81の開度制御およびノズルベーン54aの開度制御が行われる。このため、最短の時間をもって、NOx排出量を規制の範囲内に抑えることができ、且つHC排出量を規制の範囲内に抑えることができ、しかも、ターボ総合効率を最大効率にすることができる。   As described above, when the current operating point is within the exhaust gas control region on the exhaust gas control region map, the operating point at which the turbo overall efficiency becomes the maximum efficiency is set as the target EGR rate and the target boost pressure, respectively. Thus, the opening degree control of the EGR valve 81 and the opening degree control of the nozzle vane 54a are performed. For this reason, in the shortest time, the NOx emission amount can be kept within the regulation range, the HC emission amount can be kept within the regulation range, and the overall turbo efficiency can be maximized. .

以上の動作が繰り返されることにより、NOx排出量およびHC排出量を規制の範囲内に抑えるまでに要する時間を短縮化することができる。特に、エンジン1の過渡運転時であっても、NOx排出量およびHC排出量を規制の範囲内に抑えるまでに要する時間を短縮化することが可能になる。   By repeating the above operation, it is possible to shorten the time required to keep the NOx emission amount and the HC emission amount within the limits of regulation. In particular, even during the transient operation of the engine 1, it is possible to shorten the time required to keep the NOx emission amount and the HC emission amount within the limits of regulation.

−他の実施形態−
以上説明した実施形態は、自動車に搭載された直列4気筒ディーゼルエンジン1に本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式(直列型エンジン、V型エンジン、水平対向型エンジン等の別)についても特に限定されるものではない。また、本発明は軽油を燃料とするディーゼルエンジンに限らず、ガソリンやその他の燃料を使用するエンジンに対しても適用が可能である。
-Other embodiments-
In the embodiment described above, the case where the present invention is applied to the in-line four-cylinder diesel engine 1 mounted on an automobile has been described. The present invention is applicable not only to automobiles but also to engines used for other purposes. Further, the number of cylinders and the engine type (separate type engine, V-type engine, horizontally opposed engine, etc.) are not particularly limited. Further, the present invention is not limited to diesel engines using light oil as fuel, but can also be applied to engines using gasoline or other fuels.

また、前記実施形態では、過給圧を排気成立制御領域内で現在の動作点に最も近い状態(前記直線L1上の点)まで移行させるために要する時間をt1とし、EGR率を排気成立制御領域内で現在の動作点に最も近い状態(前記直線L1上の点)まで移行させるために要する時間をt2とし、これらの和(t1+t2)を、動作点を排気成立制御領域内へ移行させるために必要となる総時間として設定した。本発明は、これに限らず、EGR率の調整動作と過給圧の調整動作とを同時並行させることを考慮し、前記時間t1および時間t2のうち、長い方の時間を、動作点を排気成立制御領域内へ移行させるために必要となる総時間として設定することも可能である。   In the above embodiment, the time required to shift the supercharging pressure to the state closest to the current operating point (the point on the straight line L1) in the exhaust establishment control region is t1, and the EGR rate is controlled by exhaust establishment control. The time required to move to the state closest to the current operating point in the region (the point on the straight line L1) is t2, and the sum (t1 + t2) of these is used to move the operating point into the exhaust gas control region. Was set as the total time required. The present invention is not limited to this, and considering that the adjustment operation of the EGR rate and the adjustment operation of the supercharging pressure are performed in parallel, the longer one of the time t1 and the time t2 is exhausted as the operating point. It is also possible to set as the total time required for shifting to the establishment control area.

また、前記実施形態ではコンベンショナル車両(駆動力源としてエンジンのみを搭載した車両)に本発明を適用した場合について説明したが、ハイブリッド車両(駆動力源としてエンジンおよび電動モータを搭載した車両)に対しても本発明は適用可能である。   Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where this invention was applied to the conventional vehicle (vehicle which mounted only the engine as a driving force source), with respect to a hybrid vehicle (vehicle which mounted the engine and the electric motor as a driving force source). However, the present invention is applicable.

本発明は、自動車に搭載されるディーゼルエンジンにおいて、燃料噴射量および吸入空気量の補正動作に適用可能である。   The present invention can be applied to a correction operation of the fuel injection amount and the intake air amount in a diesel engine mounted on an automobile.

1 エンジン(内燃機関)
5 ターボチャージャ(過給機)
54 可変ノズルベーン機構(可変容量機構)
81 EGRバルブ
100 ECU
1 engine (internal combustion engine)
5 Turbocharger (supercharger)
54 Variable nozzle vane mechanism (variable capacity mechanism)
81 EGR valve 100 ECU

Claims (1)

EGRバルブによってEGR率を制御すると共に、可変容量機構を備えた過給機によって吸気の過給圧を制御する内燃機関の制御装置において、
気筒内の酸素濃度が要求酸素濃度以下となる目標EGR率制御領域を算出する目標EGR率制御領域算出部と、
気筒内のガス量が要求ガス量以上となる目標過給圧制御領域を算出する目標過給圧制御領域算出部と、
前記目標EGR率制御領域および前記目標過給圧制御領域の両方を満たす排気成立制御領域を算出する排気成立制御領域算出部と、
前記EGRバルブの過渡応答性および前記可変容量機構の過渡応答性に基づいて、前記排気成立制御領域内のEGR率および過給圧のうち最短時間で到達可能なEGR率および過給圧をそれぞれ目標EGR率および目標過給圧として算出する目標値算出部とを備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
In a control device for an internal combustion engine that controls an EGR rate by an EGR valve and controls a supercharging pressure of intake air by a supercharger having a variable displacement mechanism,
A target EGR rate control region calculation unit for calculating a target EGR rate control region in which the oxygen concentration in the cylinder is equal to or lower than the required oxygen concentration;
A target boost pressure control region calculation unit for calculating a target boost pressure control region in which the gas amount in the cylinder is equal to or greater than the required gas amount;
An exhaust establishment control region calculating unit that calculates an exhaust establishment control region that satisfies both the target EGR rate control region and the target boost pressure control region;
Based on the transient responsiveness of the EGR valve and the transient responsiveness of the variable displacement mechanism, the EGR rate and the supercharging pressure that can be reached in the shortest time among the EGR rate and supercharging pressure in the exhaust gas control region are respectively set as targets. A control apparatus for an internal combustion engine, comprising: a target value calculation unit configured to calculate an EGR rate and a target boost pressure.
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