(57)【要約】  エンジンシステム１は、吸気弁２２および排気弁２３の開閉弁の位相を目標位相まで変更する電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７と、排気側から吸気側への排ガスの還流量を調節するＥＧＲバルブ１６２と、ターボチャージャ１４の過給効率を制御する可変ノズルベーン機構１４１と、を有し、ＥＧＲバルブ１６２、可変ノズルベーン機構１４１をＦ／Ｂ制御し、電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７をＦ／Ｆ制御するエンジン１００を有する。エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の運転状態に基づいて電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７の目標位相を変化させ、かつ、ＥＧＲバルブ１６２、可変ノズルベーン機構１４１のＦ／Ｂ制御の収束状態に応じて目標位相の変化率を制限するＦ／Ｆ制御を実行する。
2012153418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁および排気弁の開閉弁の位相を目標位相まで変更する可変動弁手段と、排気側から吸気側への排ガスの還流量を調節するＥＧＲ弁と、過給機の過給効率を制御する過給効率制御手段と、吸入空気量を調節するスロットル弁と、を有し、前記ＥＧＲ弁、前記過給効率制御手段、前記スロットル弁のうち少なくとも２つをフィードバック制御し、前記可変動弁手段をフィードフォワード制御する内燃機関であって、
前記フィードフォワード制御は、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記可変動弁手段の前記目標位相を変化させ、かつ、前記ＥＧＲ弁、前記過給効率制御手段、前記スロットル弁のうち少なくとも２つのフィードバック制御の収束状態に応じて前記目標位相の変化率を制限することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関は、前記ＥＧＲ弁、および前記過給効率制御手段をフィードバック制御し、
前記フィードフォワード制御は、前記ＥＧＲ弁、および前記過給効率制御手段のフィードバック制御の収束状態に応じて前記目標位相の変化率を制限することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関は、目標過給圧と実過給圧との偏差に比例して設定される過給効率フィードバック比例項、および前記過給効率フィードバック比例項による制御の学習値である過給効率フィードバック積分項に基づいて前記過給効率制御手段のフィードバック制御を実行し、
前記フィードフォワード制御は、前記過給効率フィードバック比例項、または前記過給効率フィードバック積分項に応じて前記目標位相の変化率を制限することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記フィードフォワード制御は、前記過給効率フィードバック比例項が第１しきい値よりも大きく、かつ、前記過給効率フィードバック積分項が第２しきい値よりも小さい場合に、前記目標位相を変化させることを禁止することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関は、目標ＥＧＲ率と実ＥＧＲ率との偏差に基づいて変化する基準開度に応じて前記ＥＧＲ弁の実開度を変更するフィードバック制御を実行し、
前記フィードフォワード制御は、目標ＥＧＲ率と実ＥＧＲ率との偏差、または前記ＥＧＲ弁の基準開度と実開度との偏差に応じて前記目標位相の変化率を制限することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記フィードフォワード制御は、前記内燃機関の目標ＥＧＲ率と実ＥＧＲ率との偏差、または前記ＥＧＲ弁の基準開度と実開度との偏差がより大きいほど、前記目標位相の変化率をより小さくすることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の燃焼に影響を及ぼす物理量を運転状態に応じた適切な値（目標値）に近づけるよう制御するフィードバック制御（以下、Ｆ／Ｂ制御と略記する）を実行するものが知られている。内燃機関のＦ／Ｂ制御が実行される項目としては、例えばスロットル弁の開度、過給機（ターボチャージャ）の過給効率、排ガス還流（ＥＧＲ）装置におけるＥＧＲ弁の開度、可変動弁機構における吸気弁および排気弁の開閉弁の位相が挙げられる。【０００３】
近年、内燃機関の更なる低燃費、低エミッション等の要求に応えるために、複数の項目のＦ／Ｂ制御を並行して実行することが要求されている。複数の項目のＦ／Ｂ制御を並行して実行すると各々の制御処理が干渉し合うことが知られている。例えば、過給圧を目標値に近づけるようターボチャージャの過給効率を変化させると、ＥＧＲ弁の開度が一定であってもＥＧＲ量が変化する。また、ＥＧＲ量を目標値に近づけるようＥＧＲ弁の開度を変化させると、ターボチャージャの過給効率が一定であっても過給圧が変化する。このように、複数の項目のＦ／Ｂ制御を並行して実行すると、各々のＦ／Ｂ制御が相互に影響し合うためにＦ／Ｂ制御を収束させることが困難になる。【０００４】
複数の項目のＦ／Ｂ制御を並行して実行する技術としては、２つの制御入力の制御値を所定の同一の線形関数を共用する応答指定型アルゴリズムを用いて算出し、算出結果に基づいて内燃機関のＦ／Ｂ制御を実行することでＦ／Ｂ制御の安定性を向上させる技術が特許文献１に開示されている。【０００５】
また、その他本発明と関連性があると考えられる技術が特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２９９４２４号公報
【特許文献２】特開２００４−９２４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
内燃機関のＦ／Ｂ制御における制御入力が増加すると、制御処理の干渉を回避するための制御アルゴリズムが累乗的に複雑化するために、確認および適合に要する時間が大幅に増大する。また、確認パターンが不足した状態で制御アルゴリズムを作成すると、未確認の運転状態で制御処理の干渉が生じてハンチングやオーバーシュート、アンダーシュートが生じるためにＦ／Ｂ制御が収束できない可能性がある。このように、内燃機関のＦ／Ｂ制御項目が増加すると適切なＦ／Ｂ制御を実現することが困難になる。【０００８】
一方、内燃機関の出力に変動を生じさせる外乱を予測し、予測した外乱を前もって打ち消すように物理量を制御するフィードフォワード制御（以下、Ｆ／Ｆ制御と略記する）が知られている。このようなＦ／Ｆ制御は内燃機関の他の制御から影響を受けないことから、内燃機関のＦ／Ｂ制御の一部をＦ／Ｆ制御することで複数の制御処理を並行して実行することが可能になる。【０００９】
ここで、ターボチャージャの過給効率の制御は、内燃機関の燃焼に及ぼす寄与度が大きく応答性のバラツキも大きいためにＦ／Ｂ制御することが望ましい。しかしながら、ターボチャージャの過給効率の制御は、物理量が変化してから燃焼が改善するまでのタイムラグが他の制御よりも大きい。そのため、ターボチャージャの過給効率をＦ／Ｂ制御すると、例えば他の全ての制御項目をＦ／Ｆ制御した場合であっても制御処理の相互干渉が生じてしまい、それによって内燃機関の燃費やエミッションが悪化してしまう。【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、複数の制御処理の相互干渉を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、吸気弁および排気弁の開閉弁の位相を目標位相まで変更する可変動弁手段と、排気側から吸気側への排ガスの還流量を調節するＥＧＲ弁と、過給機の過給効率を制御する過給効率制御手段と、吸入空気量を調節するスロットル弁と、を有し、前記ＥＧＲ弁、前記過給効率制御手段、前記スロットル弁のうち少なくとも２つをフィードバック制御し、前記可変動弁手段をフィードフォワード制御する内燃機関であって、前記フィードフォワード制御が、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記可変動弁手段の前記目標位相を変化させ、かつ、前記ＥＧＲ弁、前記過給効率制御手段、前記スロットル弁のうち少なくとも２つのフィードバック制御の収束状態に応じて前記目標位相の変化率を制限することを特徴とする。【００１２】
可変動弁手段による吸気弁および排気弁の開閉弁の位相を変更する制御は、物理量が変化してから燃焼が改善するまでのタイムラグが他の制御よりも小さい。そのため、物理量の変化から燃焼改善までのタイムラグがより大きい他のフィードバック制御の収束状態に応じて可変動弁手段の目標位相の変化率を制限するフィードフォワード制御を実行することで、複数の制御処理の相互干渉を抑制することができる。【００１３】
特に、本発明の内燃機関の制御装置は、前記内燃機関が、前記ＥＧＲ弁、および前記過給効率制御手段をフィードバック制御し、前記フィードフォワード制御が、前記ＥＧＲ弁、および前記過給効率制御手段のフィードバック制御の収束状態に応じて前記目標位相の変化率を制限する構成であってもよい。【００１４】
ＥＧＲ弁による排ガス還流量の調節制御、および過給効率制御手段による過給効率の制御は、物理量が変化してから燃焼が改善するまでのタイムラグが他の制御よりも大きい。そのため、ＥＧＲ弁、および過給効率制御手段のフィードバック制御の収束状態に応じて可変動弁手段の目標位相の変化率を制限するフィードフォワード制御を実行することで、複数の制御処理の相互干渉を抑制することができる。【００１５】
また、本発明の内燃機関の制御装置は、前記内燃機関が、目標過給圧と実過給圧との偏差に比例して設定される過給効率フィードバック比例項、および前記過給効率フィードバック比例項による制御の学習値である過給効率フィードバック積分項に基づいて前記過給効率制御手段のフィードバック制御を実行し、前記フィードフォワード制御が、前記過給効率フィードバック比例項、または前記過給効率フィードバック積分項に応じて前記目標位相の変化率を制限する構成であってもよい。【００１６】
過給効率制御手段による過給効率の制御は、物理量が変化してから燃焼が改善するまでのタイムラグが他の制御よりも大きい。そのため、過給効率制御手段のフィードバック制御に直接用いられる比例項または積分項に応じて可変動弁手段のフィードフォワード制御を実行することで、フィードバック制御とフィードフォワード制御とを適切に協調させることができる。よって、複数の制御処理の相互干渉を抑制することができる。【００１７】
そして、本発明の内燃機関の制御装置は、前記フィードフォワード制御が、前記過給効率フィードバック比例項が第１しきい値よりも大きく、かつ、前記過給効率フィードバック積分項が第２しきい値よりも小さい場合に、前記目標位相を変化させることを禁止する構成であってもよい。【００１８】
上記の構成により、過給効率制御手段のフィードバック制御の初期に生じる過給圧の応答遅れを考慮して可変動弁手段のフィードフォワード制御を実行することができる。よって、過給効率制御手段のフィードバック制御と可変動弁手段のフィードフォワード制御とをより適切に協調させることができることから、複数の制御処理の相互干渉を抑制することができる。【００１９】
更に、本発明の内燃機関の制御装置は、前記内燃機関が、目標ＥＧＲ率と実ＥＧＲ率との偏差に基づいて変化する基準開度に応じて前記ＥＧＲ弁の実開度を変更するフィードバック制御を実行し、前記フィードフォワード制御が、目標ＥＧＲ率と実ＥＧＲ率との偏差、または前記ＥＧＲ弁の基準開度と実開度との偏差に応じて前記目標位相の変化率を制限する構成であってもよい。【００２０】
上記の構成により、物理量の変化から燃焼改善までのタイムラグがより大きいＥＧＲ弁のフィードバック制御と可変動弁手段のフィードフォワード制御とを適切に協調させることができる。よって、複数の制御処理の相互干渉を抑制することができる。【００２１】
また、本発明の内燃機関の制御装置は、前記フィードフォワード制御が、前記内燃機関の目標ＥＧＲ率と実ＥＧＲ率との偏差、または前記ＥＧＲ弁の基準開度と実開度との偏差がより大きいほど、前記目標位相の変化率をより小さくする構成であってもよい。【００２２】
上記の構成により、ＥＧＲ弁の個体差や劣化による応答性のバラツキを考慮して可変動弁手段のフィードフォワード制御を実行することができる。よって、ＥＧＲ弁のフィードバック制御と可変動弁手段のフィードフォワード制御とをより適切に協調させることができることから、複数の制御処理の相互干渉を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、内燃機関における複数の制御処理の相互干渉を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、実施例のエンジンシステムの一構成例を示した図である。
【図２】図２は、実施例のエンジンの一気筒の構成例を示した断面図である。
【図３】図３は、可変ノズルベーン機構のＦ／Ｂ制御に応じた電動ＶＶＴ機構および油圧ＶＶＴ機構のＦ／Ｆ制御の一例を示している。
【図４】図４は、比例項と積分項に基づく電動ＶＶＴ機構および油圧ＶＶＴ機構の目標位相の変化率制限マップを示している。
【図５】図５は、ＥＧＲバルブのＦ／Ｂ制御に応じた電動ＶＶＴ機構および油圧ＶＶＴ機構のＦ／Ｆ制御の一例を示している。
【図６】図６は、ＥＧＲバルブの制御偏差と開度偏差に基づく電動ＶＶＴ機構および油圧ＶＶＴ機構の目標位相の変化率制限マップを示している。
【図７】図７は、可変ノズルベーン機構およびＥＧＲバルブのＦ／Ｂ制御に応じた電動ＶＶＴ機構および油圧ＶＶＴ機構のＦ／Ｆ制御の一例を示している。
【図８】図８は、従来技術における車両の加速時のエンジン制御を示している。
【図９】図９は、エンジンＥＣＵの処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００２６】
本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の内燃機関の制御装置を搭載したエンジンシステム１の一構成例を示した図である。なお、図１にはエンジンの一部の構成のみを示している。【００２７】
図１に示すエンジンシステム１は、動力源であるエンジン１００を備えており、エンジン１００の運転動作を統括的に制御するエンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１０を備えている。また、エンジンシステム１は、エンジン１００の吸気通路１２にディーゼルスロットル１９を備えている。そして、エンジンシステム１は、エンジン１００の排気マニホルド１３の下流側にターボチャージャ１４を備えており、ターボチャージャ１４の過給効率を制御する可変ノズルベーン機構１４１を備えている。更に、エンジンシステム１は、エンジン１００の排気側と吸気側とを連通するＥＧＲ通路１６と、ＥＧＲ通路１６を通じて還流されるＥＧＲ量を調節するＥＧＲバルブ１６２とを備えている。また、エンジンシステム１は、エンジン１００の吸気弁２２および排気弁２３のバルブタイミングを変更する電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７を備えている。【００２８】
図２は、実施例のエンジン１００の一気筒の構成例を示した断面図である。エンジン１００は、車両に搭載される４気筒のディーゼルエンジンであって、各気筒は燃焼室を構成するピストンを備えている。各燃焼室のピストンは、エンジン１００のシリンダに摺動自在に嵌合されており、それぞれコネクティングロッドを介して出力軸部材であるクランクシャフト２１に連結されている。【００２９】
エンジンＥＣＵ１０は、エアフロメータ４４からの吸入空気量、クランク角センサ４１からのピストンの位置等の情報に基づき、燃料の噴射量および噴射タイミングを決定しインジェクタ１７に信号を送る。インジェクタ１７は、エンジンＥＣＵ１０の信号に従って、指示された燃料噴射量および噴射タイミングで燃焼室内に燃料を噴射する。インジェクタ１７より噴射された燃料は、燃焼室内で霧化し、吸気弁の開弁に伴って燃焼室内へ流入する吸入空気と混合気を形成する。そして、混合気は、ピストンの上昇運動により燃焼室内で圧縮されて着火することで燃焼し、燃焼室内を膨張させてピストンを下降させる。この下降運動がコネクティングロッドを介してクランクシャフト２１の軸回転に変更されることにより、エンジン１００は動力を得る。この場合、エンジン１００は、４気筒のディーゼルエンジンに限定されずに、多気筒のディーゼルエンジンを適用することができる。また、本実施例のエンジン１００は軽油を燃料とするディーゼルエンジンであるが、それに限定されない。
なお、エンジン１００は、本発明の内燃機関の一構成例である。【００３０】
クランクシャフト２１の軸の近傍には、クランク角センサ４１が設けられている。クランク角センサ４１は、クランクシャフト２１軸の回転角度を検出するように構成されており、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、運転時のクランクシャフト２１軸の回転数や回転角速度など、クランク角に関する情報を取得する。そして、エンジンＥＣＵ１０は、取得したクランクシャフト２１軸の回転数や回転角速度に基づきエンジン回転数やエンジントルクを算出してエンジン１００の出力を認識する。【００３１】
各燃焼室には複数の吸気弁、排気弁が設けられている。図２には吸気弁、排気弁をそれぞれ１つずつ示している。燃焼室の各吸気ポートには、それぞれ吸気弁２２が配置されており、吸気弁２２を開閉駆動させるための吸気カムシャフト２４が配置されている。更に、燃焼室の各排気ポートには、それぞれ排気弁２３が配置されており、排気弁２３を開閉駆動させるための排気カムシャフト２５が配置されている。【００３２】
吸気弁２２および排気弁２３はクランクシャフト２１の回転が連結機構（例えばタイミングベルト、タイミングチェーンなど）により伝達された吸気カムシャフト２４および排気カムシャフト２５の回転により開閉され、吸気ポートおよび排気ポートと燃焼室とを連通・遮断する。なお、吸気弁２２、および排気弁２３の位相は、クランク角を基準にして表される。【００３３】
吸気カムシャフト２４は可変動弁機構（以下、ＶＶＴ機構という）である電動ＶＶＴ機構２６を有している。この電動ＶＶＴ機構２６はエンジンＥＣＵ１０の指示により電動モータで吸気カムシャフト２４を回転させる。それにより吸気カムシャフト２４のクランクシャフト２１に対する回転位相が変更されることから、吸気弁２２のバルブタイミングが変更される。この場合、吸気カムシャフト２４の回転位相は、吸気カム角センサ４２にて検出され、エンジンＥＣＵ１０へと出力される。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、吸気カムシャフト２４の位相を取得することができるとともに、吸気弁２２の位相を取得することができる。また、吸気カムシャフト２４の位相は、クランク角を基準にして表される。
なお、電動ＶＶＴ機構２６は、本発明の可変動弁手段の一構成例である。【００３４】
排気カムシャフト２５は油圧ＶＶＴ機構２７を有している。この油圧ＶＶＴ機構２７はエンジンＥＣＵ１０の指示によりオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶという）で排気カムシャフト２５を回転させる。それにより排気カムシャフト２５のクランクシャフト２１に対する回転位相が変更されることから、排気弁２３のバルブタイミングが変更される。この場合、排気カムシャフト２５の回転位相は、排気カム角センサ４３にて検出され、エンジンＥＣＵ１０へと出力される。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、排気カムシャフト２５の位相を取得することができるとともに、排気弁２３の位相を取得することができる。また、排気カムシャフト２５の位相は、クランク角を基準にして表される。
なお、油圧ＶＶＴ機構２７は、本発明の可変動弁手段の一構成例である。【００３５】
図１に戻り、エンジン１００は、インジェクタ１７、コモンレール１８、低圧燃料ポンプ、高圧燃料ポンプ等より構成されるコモンレール式燃料噴射システムを備えている。燃料タンクより低圧燃料ポンプにより吸引された燃料は、高圧燃料ポンプにてコモンレール１８へ高圧で吐出し蓄圧される。【００３６】
コモンレール１８は、インジェクタ１７に供給する高圧燃料を蓄圧する容器である。高圧燃料ポンプから圧送された燃料は、コモンレール１８内で噴射に必要な圧力まで蓄圧され、高圧配管を通じて各燃焼室のインジェクタ１７に供給される。また、コモンレール１８にはレール圧センサおよび減圧弁が設けられている。エンジンＥＣＵ１０は、レール圧センサから出力されたコモンレール１８内部の燃圧が規定値を超えた場合に、減圧弁を開放するように指示する。そして、減圧弁より燃料を排出することで、コモンレール圧が常に規定値以下になるよう調整する。減圧弁より排出された燃料は、リリーフ配管を通って燃料タンクへと戻される。【００３７】
各燃焼室には、それぞれインジェクタ１７が装着されている。コモンレール１８より高圧配管を通じて供給された燃料は、エンジンＥＣＵ１０の指示によりインジェクタ１７にてエンジン気筒内の燃焼室に噴射供給される。エンジンＥＣＵ１０は、エアフロメータ４４からの吸入空気量、およびクランク角センサ４１からのピストンの位置の情報等に基づき、燃料噴射量と噴射タイミングを決定しインジェクタ１７に信号を送る。インジェクタ１７はエンジンＥＣＵ１０の信号に従って、指示された燃料噴射量・噴射タイミングにて燃焼室内へ燃料を高圧噴射する。インジェクタ１７のリーク燃料は、リリーフ配管を通じて燃料タンクへと戻される。この場合、インジェクタ１７は、エンジン１００の仕様に応じて燃焼室の任意の位置に装着することができる。【００３８】
エンジン１００の各燃焼室には、それぞれの燃焼室と連通する吸気マニホルド１１が接続されている。吸気マニホルド１１は、吸気通路１２によってエアフロメータ４４、ディーゼルスロットル１９、インタークーラ、ターボチャージャ１４のコンプレッサを介してエアクリーナに連結されており、エンジン１００の外部から取り込まれた吸入空気を各燃焼室内へ導入する。【００３９】
ディーゼルスロットル１９にはスロットルポジションセンサ４５が設けられている。エアフロメータ４４およびスロットルポジションセンサ４５は、それぞれ吸気通路１２を通過する吸入空気量、およびディーゼルスロットル１９の弁開度を検出し、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。エンジンＥＣＵ１０は、送信された検出結果に基づいて吸気マニホルド１１へ導入される吸入空気量を認識し、ディーゼルスロットル１９の弁開度を調節することでエンジン１００の運転に必要な吸入空気を燃焼室へ取り込む。ディーゼルスロットル１９は、ステップモータを用いたスロットルバイワイヤ方式を適用することが好ましいが、ディーゼルスロットル１９の弁開度を任意に変更可能なその他の機構を適用してもよい。
なお、ディーゼルスロットル１９は、本発明のスロットル弁の一構成例である。【００４０】
更に、エンジン１００の各燃焼室には、それぞれの燃焼室と連通する排気マニホルド１３が接続されている。排気マニホルド１３は、排気通路１５によってターボチャージャ１４の排気タービンを介して排気浄化装置３０に連結されており、燃焼後の排ガスをエンジン１００の外部へと排出させる。【００４１】
ターボチャージャ１４は、排ガスの運動エネルギを利用して排気タービンを回転させ、エアクリーナを通過した吸入空気を圧縮してインタークーラへと送り込む。圧縮された吸入空気は、インタークーラで冷却された後に吸気マニホルド１１へと導入される。【００４２】
ターボチャージャ１４は、可変ノズル式ターボチャージャ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｎｏｚｚｌｅ  Ｔｕｒｂｏ，以下、ＶＮＴと略記する）であって、排気タービン側に可変ノズルベーン機構１４１が設けられている。この可変ノズルベーン機構１４１の開度を調整することにより、タービンインペラ翼への排ガスの流入角度を制御して、吸気マニホルド１１へ導入する吸入空気の過給圧を調節する。例えば、可変ノズルベーン機構１４１の開度をより小さくすると、より多くの排ガスがタービンインペラ翼に流入するために排ガスのエネルギ利用率が高くなって過給効率が向上する。また、可変ノズルベーン機構１４１の開度をより大きくすると、タービンインペラ翼に流入する排ガス量がより少なくなるために排ガスのエネルギ利用率が低くなって過給効率が低下する。この場合、ターボチャージャ１４はＶＮＴに限られず、ウェイストゲートによって過給圧の調節（排ガスのエネルギ利用率の制御）を行う構成であってもよい。
なお、ターボチャージャ１４は、本発明の過給機の一構成例である。また、可変ノズルベーン機構１４１は、本発明の過給効率制御手段の一構成例である。【００４３】
排気浄化装置３０は、エンジン１００の排ガスを浄化するものであって、排ガス中のＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯを浄化する浄化触媒３１と、煤などの粒子状物質（ＰＭ）を捕集するＤＰＦ３２とを有している。この場合、排気浄化装置３０は、パティキュレートフィルタにＮＯｘ吸蔵還元触媒を組み合わせたＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｌａｔｅ  ＮＯｘ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）を適用してもよい。【００４４】
排気浄化装置３０の上流側の排気通路１５には、エンジン１００の空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ４６が設けられている。これによって、エンジンＥＣＵ１０は、様々な負荷状態におけるエンジン１００の空燃比を認識することができる。【００４５】
排気マニホルド１３は、ＥＧＲ通路１６によって吸気マニホルド１１と連通されている。ＥＧＲ通路１６へと流入した排ガスは、ＥＧＲクーラ１６１にて冷却された後にＥＧＲバルブ１６２で流量を調節されつつ吸気マニホルド１１へ進み、吸入空気とともに燃焼室内へ導入される。ＥＧＲバルブ１６２は、エンジンＥＣＵ１０の指令に従ってバルブ開度を調節することで、吸気マニホルド１１への排ガスの還流量を適切な量へと調節する。このように、運転状態に応じた適切な量のＥＧＲガスを吸気マニホルド１１に還流供給することにより、エンジン１００の燃焼温度を低下させてＮＯｘ排出量の低減を図ることができる。
なお、ＥＧＲバルブ１６２は、本発明のＥＧＲ弁の一構成例である。【００４６】
エンジンＥＣＵ１０は、演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、プログラム等を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、データ等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＮＶＲＡＭ（Ｎｏｎ  Ｖｏｌａｔｉｌｅ  ＲＡＭ）と、を備えるコンピュータである。エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の各部に備えられた複数のセンサの検出結果を読み込み、それら検出結果に基づいてエンジン１００の運転動作を統括的に制御する。【００４７】
特に、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の燃焼に影響を及ぼす物理量を運転状態に応じた適切な値（目標値）に近づけるよう制御するＦ／Ｂ制御を実行する。具体的には、エンジンＥＣＵ１０は、ディーゼルスロットル１９、可変ノズルベーン機構１４１、ＥＧＲバルブ１６２をＦ／Ｂ制御する。また、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の出力に変動を生じさせる外乱を予測し、予測した外乱を前もって打ち消すように物理量を制御するＦ／Ｆ制御を実行する。具体的には、エンジンＥＣＵ１０は、電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７をＦ／Ｆ制御する。【００４８】
このように、エンジン１００のＦ／Ｂ制御の一部をＦ／Ｆ制御することで、複数の制御処理が干渉することで生じるハンチングやオーバーシュート、アンダーシュートを抑制することができる。【００４９】
そして、エンジンＥＣＵ１０は、可変ノズルベーン機構１４１およびＥＧＲバルブ１６２のＦ／Ｂ制御の収束状態に応じて、電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７のＦ／Ｆ制御を実行する。以下に、エンジンＥＣＵ１０が実行するＦ／Ｂ制御およびＦ／Ｆ制御について説明する。【００５０】
まず、本実施例のエンジンシステム１における可変ノズルベーン機構１４１のＦ／Ｂ制御、電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７のＦ／Ｆ制御について説明する。図３は、可変ノズルベーン機構１４１のＦ／Ｂ制御に応じた電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７のＦ／Ｆ制御の一例を示している。【００５１】
エンジンＥＣＵ１０は、車両の加速時や登坂時など、エンジン１００の出力の変更要求があると、要求出力に応じて燃料噴射量、過給圧、吸気弁２２および排気弁２３のバルブタイミングの目標値を算出する。つづいて、エンジンＥＣＵ１０は、算出したそれぞれの目標値に基づきインジェクタ１７、可変ノズルベーン機構１４１、電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７を制御する。【００５２】
本実施例では、比例項（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｎａｌ）と積分項（Ｉｎｔｅｇｒａｌ）を用いたＰＩ制御によって可変ノズルベーン機構１４１の開度を調節することで、エンジン１００の過給圧を目標値に近づけるＦ／Ｂ制御を実行する。まず、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の出力の変更要求があると、目標過給圧と実過給圧との偏差に比例した比例項（以下、過給効率フィードバック比例項という）を設定する。つづいて、エンジンＥＣＵ１０は、設定した過給効率フィードバック比例項に応じて可変ノズルベーン機構１４１の開度を調節し、ターボチャージャ１４の過給効率を調節することで過給圧を制御する。エンジンＥＣＵ１０は、制御の開始から所定時間毎（例えば８ミリ秒毎）に過給効率フィードバック比例項を更新し、更新した過給効率フィードバック比例項に応じて可変ノズルベーン機構１４１の開度を調節する。過給効率フィードバック比例項に基づく制御の間、エンジンＥＣＵ１０は、過給効率フィードバック比例項による制御の学習値、すなわち、可変ノズルベーン機構１４１の開度の制御量と目標制御量との残留偏差を時間的に累積した積分項（以下、過給効率フィードバック積分項という）を算出する。そして、エンジンＥＣＵ１０は、算出した過給効率フィードバック積分項が所定の大きさ以上となると、過給効率フィードバック積分項に応じて可変ノズルベーン機構１４１の開度を調節する。【００５３】
このように、エンジン１００の目標過給圧と実過給圧との偏差が大きいときは過給効率フィードバック比例項に応じて可変ノズルベーン機構１４１の開度を調節することで、実過給圧をより早く目標過給圧に近づけることができる。また、エンジン１００の目標過給圧と実過給圧との偏差が小さいときは過給効率フィードバック積分項に応じて可変ノズルベーン機構１４１の開度を調節することで、実過給圧を適切に目標過給圧に収束させることができる。【００５４】
上記のＦ／Ｂ制御と並行して、エンジンＥＣＵ１０は、過給効率フィードバック比例項および過給効率フィードバック積分項に応じて電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７の目標位相の変化率を制限するＦ／Ｆ制御を実行する。
なお、本実施例における目標位相の変化率とは、所定時間あたりの吸気弁２２および排気弁２３の目標位相の変化量（すなわち、変化速度）のことをいう。【００５５】
エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の回転数と燃料噴射量とに応じて吸気弁２２および排気弁２３のバルブタイミングの目標値（基本目標位相）を算出する。そして、エンジンＥＣＵ１０は、算出した基本目標位相に到達するまでの所定時間あたりの目標位相の変化量を、過給効率フィードバック比例項および過給効率フィードバック積分項に応じて求めた目標位相の変化量に制限する。【００５６】
図４は、比例項と積分項に基づく電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７の目標位相の変化率制限マップを示している。エンジンＥＣＵ１０は、制御の開始から所定時間毎（例えば８ミリ秒毎）に過給効率フィードバック比例項および過給効率フィードバック積分項を確認する。そして、エンジンＥＣＵ１０は、確認した比例項および積分項に応じて所定時間（例えば８ミリ秒）あたりの吸気弁２２および排気弁２３の目標位相の変化量（変化速度）を更新する。具体的には、エンジンＥＣＵ１０は、過給効率フィードバック比例項がより大きいときは所定時間あたりの目標位相の変化量をより小さくし、過給効率フィードバック積分項がより大きくなるほど所定時間あたりの目標位相の変化量をより大きくする。【００５７】
図３に戻り、エンジンＥＣＵ１０は、求めた目標位相に応じて電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７にバルブタイミングの変更を指令することで、吸気弁２２および排気弁２３の開閉弁の位相を目標位相まで変更する。エンジンＥＣＵ１０は、可変ノズルベーン機構１４１のＦ／Ｂ制御が収束するまで所定時間毎に目標位相の変化量を更新し、バルブタイミングを基本目標位相まで変更する。
エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の運転が終了するまで上記の処理を繰り返す。【００５８】
可変ノズルベーン機構１４１による過給効率の制御は、物理量が変化してから燃焼が改善するまでのタイムラグが他の制御よりも大きい。一方、電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７によるバルブタイミングの制御は、物理量が変化してから燃焼が改善するまでのタイムラグが他の制御よりも小さい。そのため、両制御を並行して実行すると、それぞれの制御が燃焼へ寄与するまでのタイムラグの差分が大きいために過給圧と圧縮比との適切な関係性が崩れてしまう。すなわち、可変ノズルベーン機構１４１のＦ／Ｂ制御と電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７のＦ／Ｆ制御とが相互に干渉し、それによってエンジン１００のエミッションが悪化してしまう。【００５９】
そこで、本実施例のエンジンシステム１では、可変ノズルベーン機構１４１のＦ／Ｂ制御の収束状態に応じて、電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７のＦ／Ｆ制御を実行する。これによって、燃焼へ寄与するまでのタイムラグの差分が大きい可変ノズルベーン機構１４１のＦ／Ｂ制御と電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７のＦ／Ｆ制御との相互干渉を抑制することができる。この場合、可変ノズルベーン機構１４１のＦ／Ｂ制御に直接用いられる比例項、または積分項に応じて電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７のＦ／Ｆ制御を実行することで、Ｆ／Ｂ制御とＦ／Ｆ制御とを適切に協調させることができる。また、比例項と積分項との両方を考慮したＦ／Ｆ制御を実行することで、Ｆ／Ｂ制御とＦ／Ｆ制御との相互干渉によるハンチング等をより適切に抑制することができる。
なお、本実施例では可変ノズルベーン機構１４１のＦ／Ｂ制御に用いられる比例項と積分項の両方を考慮したＦ／Ｆ制御を実行するが、比例項と積分項のいずれか一方を考慮したＦ／Ｆ制御を実行してもよい。【００６０】
そして、エンジンＥＣＵ１０は、過給効率フィードバック比例項が所定の第１しきい値よりも大きく、かつ、過給効率フィードバック積分項が所定の第２しきい値よりも小さい間は、吸気弁２２および排気弁２３の目標位相を変化させることを禁止する。ここで、比例項の第１しきい値および積分項の第２しきい値とは、ターボチャージャ１４による過給圧の応答遅れが生じている可能性が高いと判断できるしきい値であって、予め台上試験で確認した任意の値を適用することができる。【００６１】
可変ノズルベーン機構１４１のＦ／Ｂ制御の初期には、ターボチャージャ１４による過給圧の応答遅れが生じている。そのため、過給圧の応答遅れが生じている間、すなわち過給効率フィードバック比例項が所定の第１しきい値よりも大きく、かつ、過給効率フィードバック積分項が所定の第２しきい値よりも小さい間は、目標位相を変化させることを禁止する。これによって、可変ノズルベーン機構１４１のＦ／Ｂ制御の初期に生じる過給圧の応答遅れを考慮して電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７のＦ／Ｆ制御を実行することができる。よって、Ｆ／Ｂ制御とＦ／Ｆ制御とをより適切に協調させることができることから、複数の制御処理の相互干渉を抑制することができる。【００６２】
更に、エンジンＥＣＵ１０は、可変ノズルベーン機構１４１のＦ／Ｂ制御が収束した後に電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７のＦ／Ｆ制御が収束するよう目標位相を変化させる。すなわち、ターボチャージャ１４による実過給圧が目標過給圧に収束した後に吸気弁２２および排気弁２３の位相の変更が終了するよう目標位相を変化させる。【００６３】
ターボチャージャ１４は、個体差や劣化による応答性のバラツキがあり、バラツキの影響が特に大きくなる高過給圧領域において他の制御との相互干渉によるハンチング等が生じる可能性がある。そのため、電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７のＦ／Ｆ制御の収束タイミングをＦ／Ｂ制御よりも遅らせることで、高過給領域におけるＦ／Ｂ制御とＦ／Ｆ制御の相互干渉を抑制することができる。このように、ターボチャージャ１４の個体差や劣化による応答性のバラツキを考慮したＦ／Ｆ制御の実行が可能になる。【００６４】
以上のように、本実施例のエンジンシステム１は、可変ノズルベーン機構１４１のＦ／Ｂ制御に用いられる比例項および積分項に応じて、吸気弁２２および排気弁２３の目標位相の変化率を制限するＦ／Ｆ制御を実行する。これによって、可変ノズルベーン機構１４１のＦ／Ｂ制御と電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７のＦ／Ｆ制御との相互干渉を適切に抑制することができる。【００６５】
つぎに、本実施例のエンジンシステム１におけるＥＧＲバルブ１６２のＦ／Ｂ制御、電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７のＦ／Ｆ制御について説明する。図５は、ＥＧＲバルブ１６２のＦ／Ｂ制御に応じた電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７のＦ／Ｆ制御の一例を示している。【００６６】
エンジンＥＣＵ１０は、車両の加速時や登坂時など、エンジン１００の出力の変更要求があると、要求出力に応じて燃料噴射量、ＥＧＲ率、吸気弁２２および排気弁２３のバルブタイミングの目標値を算出する。つづいて、エンジンＥＣＵ１０は、算出したそれぞれの目標値に基づきインジェクタ１７、ＥＧＲバルブ１６２、電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７を制御する。【００６７】
本実施例では、ＥＧＲ率の目標値（目標ＥＧＲ率）と実際の値（実ＥＧＲ率）との偏差に基づいてＥＧＲバルブ１６２の開度を調節することで、エンジン１００のＥＧＲ率を目標値に近づけるＦ／Ｂ制御を実行する。まず、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の出力の変更要求があると、目標ＥＧＲ率と実ＥＧＲ率との偏差に基づいてＥＧＲバルブ１６２の目標開度（以下、基準開度という）を設定する。つづいて、エンジンＥＣＵ１０は、設定した基準開度になるようＥＧＲバルブ１６２の開度を調節し、ＥＧＲ量を制御する。エンジンＥＣＵ１０は、制御の開始から所定時間毎（例えば８ミリ秒毎）に目標ＥＧＲ率と実ＥＧＲ率との偏差から基準開度を更新し、更新した基準開度に応じてＥＧＲバルブ１６２の開度を調節する。【００６８】
この場合、可変ノズルベーン機構１４１のＦ／Ｂ制御と同様に、比例項と積分項を用いたＰＩ制御によってＥＧＲバルブ１６２の開度を調節するＦ／Ｂ制御を実行してもよい。【００６９】
上記のＦ／Ｂ制御と並行して、エンジンＥＣＵ１０は、ＥＧＲバルブ１６２の目標ＥＧＲ率と実ＥＧＲ率との偏差（制御偏差）および基準開度と実開度との偏差（開度偏差）に応じて電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７の目標位相の変化率を制限するＦ／Ｆ制御を実行する。【００７０】
エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の回転数と燃料噴射量とに応じて吸気弁２２および排気弁２３のバルブタイミングの目標値（基本目標位相）を算出する。そして、エンジンＥＣＵ１０は、算出した基本目標位相に到達するまでの所定時間あたりの目標位相の変化量を、ＥＧＲバルブ１６２の制御偏差および開度偏差に応じて求めた目標位相の変化量に制限する。【００７１】
図６は、ＥＧＲバルブ１６２の制御偏差と開度偏差に基づく電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７の目標位相の変化率制限マップを示している。エンジンＥＣＵ１０は、制御の開始から所定時間毎（例えば８ミリ秒毎）にＥＧＲバルブ１６２の制御偏差および開度偏差を確認する。そして、エンジンＥＣＵ１０は、確認したＥＧＲバルブ１６２の制御偏差および開度偏差に応じて所定時間（例えば８ミリ秒）あたりの吸気弁２２および排気弁２３の目標位相の変化量（変化速度）を更新する。具体的には、エンジンＥＣＵ１０は、ＥＧＲバルブ１６２の制御偏差および開度偏差がより大きいときは所定時間あたりの目標位相の変化量をより小さくし、ＥＧＲバルブ１６２の制御偏差および開度偏差がより小さくなるほど所定時間あたりの目標位相の変化量をより大きくする。【００７２】
図５に戻り、エンジンＥＣＵ１０は、求めた目標位相に応じて電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７にバルブタイミングの変更を指令することで、吸気弁２２および排気弁２３の開閉弁の位相を目標位相まで変更する。エンジンＥＣＵ１０は、ＥＧＲバルブ１６２のＦ／Ｂ制御が収束するまで所定時間毎に目標位相の変化量を更新し、バルブタイミングを基本目標位相まで変更する。
エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の運転が終了するまで上記の処理を繰り返す。【００７３】
ＥＧＲバルブ１６２によるＥＧＲ率の制御は、物理量が変化してから燃焼が改善するまでのタイムラグが電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７によるバルブタイミングの制御よりも大きい。そのため、両制御を並行して実行すると、それぞれの制御が燃焼へ寄与するまでのタイムラグの差分が大きいために酸素濃度と圧縮比との適切な関係性が崩れてしまう。すなわち、ＥＧＲバルブ１６２のＦ／Ｂ制御と電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７のＦ／Ｆ制御とが相互に干渉し、それによってエンジン１００のエミッションが悪化してしまう。【００７４】
そこで、本実施例のエンジンシステム１では、ＥＧＲバルブ１６２のＦ／Ｂ制御の収束状態に応じて、電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７のＦ／Ｆ制御を実行する。これによって、燃焼へ寄与するまでのタイムラグの差分が大きいＥＧＲバルブ１６２のＦ／Ｂ制御と電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７のＦ／Ｆ制御との相互干渉を抑制することができる。【００７５】
また、ＥＧＲバルブ１６２のＦ／Ｂ制御の応答性遅れは可変ノズルベーン機構１４１のＦ／Ｂ制御の応答性遅れよりも小さい。そして、ＥＧＲバルブ１６２のＦ／Ｂ制御は、可変ノズルベーン機構１４１のＦ／Ｂ制御よりも低過給圧領域で実行される。そのため、ＥＧＲバルブ１６２のＦ／Ｂ制御と他の制御とが相互干渉する可能性は、可変ノズルベーン機構１４１のＦ／Ｂ制御と他の制御とが相互干渉する可能性よりも低い。よって、ＥＧＲバルブ１６２のＦ／Ｂ制御の収束にあわせてＦ／Ｆ制御を収束させることで、Ｆ／Ｂ制御とＦ／Ｆ制御とを適切に協調させることができる。また、ＥＧＲバルブ１６２の制御偏差と開度偏差との両方を考慮したＦ／Ｆ制御を実行することで、ＥＧＲ弁の個体差や劣化による応答性のバラツキを考慮したＦ／Ｆ制御を実行することが可能になる。よって、ＥＧＲバルブ１６２のＦ／Ｂ制御と電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７のＦ／Ｆ制御とをより適切に協調させることができることから、複数の制御処理の相互干渉を抑制することができる。
なお、本実施例ではＥＧＲバルブ１６２の制御偏差と開度偏差の両方を考慮したＦ／Ｆ制御を実行するが、制御偏差と開度偏差のいずれか一方を考慮したＦ／Ｆ制御を実行してもよい。【００７６】
つづいて、本実施例のエンジンシステム１における可変ノズルベーン機構１４１、ＥＧＲバルブ１６２のＦ／Ｂ制御、電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７のＦ／Ｆ制御について説明する。図７は、可変ノズルベーン機構１４１およびＥＧＲバルブ１６２のＦ／Ｂ制御に応じた電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７のＦ／Ｆ制御の一例を示している。【００７７】
エンジンＥＣＵ１０は、車両の加速時や登坂時など、エンジン１００の出力の変更要求があると、要求出力に応じて燃料噴射量、過給圧、ＥＧＲ率、吸気弁２２および排気弁２３のバルブタイミングの目標値を算出する。つづいて、エンジンＥＣＵ１０は、算出したそれぞれの目標値に基づきインジェクタ１７、可変ノズルベーン機構１４１、ＥＧＲバルブ１６２、電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７を制御する。【００７８】
上記の可変ノズルベーン機構１４１およびＥＧＲバルブ１６２のＦ／Ｂ制御と並行して、エンジンＥＣＵ１０は、電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７の目標位相の変化率を制限するＦ／Ｆ制御を実行する。なお、可変ノズルベーン機構１４１およびＥＧＲバルブ１６２のＦ／Ｂ制御については前述したためにその説明は省略する。【００７９】
エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の要求出力に応じて吸気弁２２および排気弁２３のバルブタイミングの目標値（基本目標位相）を算出する。そして、エンジンＥＣＵ１０は、算出した基本目標位相に到達するまでの所定時間あたりの目標位相の変化量を、過給効率フィードバック比例項および過給効率フィードバック積分項、またはＥＧＲバルブ１６２の制御偏差および開度偏差に応じて求めた目標位相の変化量に制限する。【００８０】
具体的には、エンジンＥＣＵ１０は、可変ノズルベーン機構１４１のＦ／Ｂ制御に用いる比例項および積分項から目標位相の変化量を求める（図４参照）。また、エンジンＥＣＵ１０は、ＥＧＲバルブ１６２の制御偏差および開度偏差に応じて目標位相の変化量を求める（図６参照）。そして、エンジンＥＣＵ１０は、求めたそれぞれの目標位相の変化量のうち、より小さい方を吸気弁２２および排気弁２３の目標位相の変化率制限値として採用する（図７参照）。【００８１】
エンジンＥＣＵ１０は、求めた目標位相の変化率制限値に応じて電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７にバルブタイミングの変更を指令することで、吸気弁２２および排気弁２３の開閉弁の位相を目標位相まで変更する。エンジンＥＣＵ１０は、可変ノズルベーン機構１４１およびＥＧＲバルブ１６２のＦ／Ｂ制御が収束するまで所定時間毎に目標位相の変化率制限値を更新し、バルブタイミングを基本目標位相まで変更する。
エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の運転が終了するまで上記の処理を繰り返す。【００８２】
図８は、従来技術における車両の加速時のエンジン制御を示している。車両の加速要求がある前は、エンジンの過給圧はより低く、酸素濃度はより高く、燃焼室の圧縮比はより高く制御されている。そして、車両の加速要求があると、エンジンの過給圧がより高く、酸素濃度がより低く、燃焼室の圧縮比がより低くなるよう可変ノズルベーン機構、ＥＧＲバルブ、電動ＶＶＴ機構および油圧ＶＶＴ機構が並行して制御される。ここで、電動ＶＶＴ機構および油圧ＶＶＴ機構が制御されると直ぐに燃焼室の圧縮比が変化する。一方で、可変ノズルベーン機構およびＥＧＲバルブが制御されてからエンジンの過給圧および酸素濃度が変化するまでは所定のタイムラグがある。このように、エンジンの各制御が実行されてから燃焼に影響を及ぼすまでのタイムラグに差があるために、従来技術のエンジン制御では車両の加速途中に制御処理の相互干渉が生じてしまい、それによってエミッションが悪化してしまう。【００８３】
一方、本実施例のエンジンシステム１は、物理量が変化してから燃焼が改善するまでのタイムラグが他の制御よりも小さい吸気弁２２および排気弁２３のバルブタイミングのＦ／Ｆ制御を、他のＦ／Ｂ制御の収束状態に応じて制限する。これによって、燃焼に寄与するまでのタイムラグが異なる複数の制御処理を並行して実行しても、制御処理が相互に干渉してハンチング等が生じることを抑制することができる。【００８４】
つづいて、エンジンＥＣＵ１０の制御の流れに沿って、エンジンシステム１の動作を説明する。図９は、エンジンＥＣＵ１０の処理の一例を示すフローチャートである。本実施例のエンジンシステム１は、可変ノズルベーン機構１４１およびＥＧＲバルブ１６２のＦ／Ｂ制御の収束状態に応じて吸気弁２２および排気弁２３の目標位相の変化率を制限するＦ／Ｆ制御をエンジンＥＣＵ１０が実行する。なお、本フローチャートにおいては吸気弁２２のバルブタイミング制御について説明するが、吸気弁２２のバルブタイミング制御についても同様である。【００８５】
エンジンＥＣＵ１０の制御は、イグニッションスイッチがＯＮされてエンジン１００が始動されると開始し、エンジン１００の運転中の所定時間毎（例えば８ミリ秒毎）に以下の制御の処理を繰り返す。【００８６】
まず、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ１で、エンジン１００の回転数と燃料噴射量とに応じて吸気弁２２のバルブタイミングの目標値（基本目標位相（ＩＶＣＢＳＥ））を算出する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ１の処理を終えると、次のステップＳ２へ進む。【００８７】
ステップＳ２で、エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ１で算出した吸気弁２２の基本目標位相と前回算出した目標位相（ＩＶＣＴＯ）との差分から目標位相の変化量（ＩＶＣＤＬＴ）を求める。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ２の処理を終えると、次のステップＳ３へ進む。【００８８】
ステップＳ３で、エンジンＥＣＵ１０は、可変ノズルベーン機構１４１のＦ／Ｂ制御に用いる比例項および積分項から目標位相の変化量（ＩＶＣＶＮ）を求める（図４参照）。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ３の処理を終えると、次のステップＳ４へ進む。【００８９】
ステップＳ４で、エンジンＥＣＵ１０は、ＥＧＲバルブ１６２のＦ／Ｂ制御における制御偏差および開度偏差に応じて目標位相の変化量（ＩＶＣＥＧＲ）を求める（図６参照）。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ４の処理を終えると、次のステップＳ５へ進む。【００９０】
ステップＳ５で、エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ２で算出した目標位相の変化量（ＩＶＣＤＬＴ）が、ステップＳ３で求めた目標位相の変化量（ＩＶＣＶＮ）とステップＳ４で求めた目標位相の変化量（ＩＶＣＥＧＲ）の小さい方よりも小さいか否かを判断する。ＩＶＣＤＬＴがＩＶＣＶＮ，ＩＶＣＥＧＲよりも小さくない場合（ステップＳ５／ＮＯ）、エンジンＥＣＵ１０は、吸気弁２２の目標位相の変化率を制限する必要があると判断し、ステップＳ７へ進む。ＩＶＣＤＬＴがＩＶＣＶＮ，ＩＶＣＥＧＲよりも小さい場合（ステップＳ５／ＹＥＳ）は、エンジンＥＣＵ１０は、吸気弁２２の目標位相の変化率を制限する必要がないと判断し、次のステップＳ６へ進む。【００９１】
ステップＳ６で、エンジンＥＣＵ１０は、ＩＶＣＤＬＴとＩＶＣＴＯとの和（すなわちＩＶＣＢＳＥ）を吸気弁２２の目標位相（ＩＶＣＴ）として設定する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ６の処理を終えると、ステップＳ１０へ進む。【００９２】
ステップＳ５の判断結果がＮＯの場合、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ７へ進む。ステップＳ７で、エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ３で求めた目標位相の変化量（ＩＶＣＶＮ）がステップＳ４で求めた目標位相の変化量（ＩＶＣＥＧＲ）よりも大きいか否かを判断する。ＩＶＣＶＮがＩＶＣＥＧＲよりも大きくない場合（ステップＳ７／ＮＯ）、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ９へ進む。ＩＶＣＶＮがＩＶＣＥＧＲよりも大きい場合（ステップＳ７／ＹＥＳ）は、エンジンＥＣＵ１０は、次のステップＳ８へ進む。【００９３】
ステップＳ８で、エンジンＥＣＵ１０は、ＩＶＣＥＧＲとＩＶＣＴＯとの和を吸気弁２２の目標位相（ＩＶＣＴ）として設定する。すなわち、吸気弁２２の目標位相の変化率をＩＶＣＥＧＲに制限する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ８の処理を終えると、ステップＳ１０へ進む。【００９４】
ステップＳ７の判断結果がＮＯの場合、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ９へ進む。ステップＳ９で、エンジンＥＣＵ１０は、ＩＶＣＶＮとＩＶＣＴＯとの和を吸気弁２２の目標位相（ＩＶＣＴ）として設定する。すなわち、吸気弁２２の目標位相の変化率をＩＶＣＶＮに制限する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ９の処理を終えると、次のステップＳ１０へ進む。【００９５】
ステップＳ６、ステップＳ８、ステップＳ９の処理を終えると、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ１０へ進む。ステップＳ１０で、エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ６、ステップＳ８、ステップＳ９のいずれかにおいて設定された目標位相（ＩＶＣＴ）まで吸気弁２２の開閉弁の位相を変更するように電動ＶＶＴ機構２６に指令する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ１０の処理を終えると、制御の処理を終了する。【００９６】
上記の制御を実行することにより、エンジン１００の各制御の燃焼に寄与するまでのタイムラグを考慮したＦ／Ｂ制御およびＦ／Ｆ制御を実現することができる。よって、エンジン１００における複数の制御処理の相互干渉を抑制することができる。
なお、エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ３とステップＳ４の処理について、いずれを先に実行してもよし、同時に実行してもよい。【００９７】
以上のように、本実施例のエンジンシステムは、エンジンの吸気弁および排気弁の開閉弁の位相を目標位相まで変更する電動ＶＶＴ機構および油圧ＶＶＴ機構と、排気側から吸気側への排ガスの還流量を調節するＥＧＲバルブと、ターボチャージャの過給効率を制御する可変ノズルベーン機構と、を有し、ＥＧＲバルブ、可変ノズルベーン機構をＦ／Ｂ制御し、電動ＶＶＴ機構および油圧ＶＶＴ機構をＦ／Ｆ制御するエンジンを有する。そして、エンジンＥＣＵが、エンジンの運転状態に基づいて電動ＶＶＴ機構および油圧ＶＶＴ機構の目標位相を変化させ、かつ、ＥＧＲバルブ、可変ノズルベーン機構のＦ／Ｂ制御の収束状態に応じて目標位相の変化率を制限するＦ／Ｆ制御を実行する。これによって、エンジンにおける複数の制御処理の相互干渉を抑制することができる。【００９８】
また、本実施例のエンジンシステムは、可変ノズルベーン機構１４１のＦ／Ｂ制御に用いる比例項および積分項、ＥＧＲバルブ１６２のＦ／Ｂ制御における制御偏差および開度偏差に応じて目標位相の変化率を制限するＦ／Ｆ制御を実行する。これによって、これによって、エンジンの各制御の燃焼に寄与するまでのタイムラグを考慮したＦ／Ｂ制御およびＦ／Ｆ制御を実現することができる。【００９９】
更に、本実施例のエンジンシステムは、過給効率フィードバック比例項が第１しきい値よりも大きく、かつ、過給効率フィードバック積分項が第２しきい値よりも小さい場合に、目標位相を変化させることを禁止する。そして、本実施例のエンジンシステムは、エンジンの目標ＥＧＲ率と実ＥＧＲ率との偏差、またはＥＧＲバルブの基準開度と実開度との偏差がより大きいほど、目標位相の変化率をより小さくするＦ／Ｆ制御を実行する。これによって、エンジンの各Ｆ／Ｂ制御とＦ／Ｆ制御とをより適切に協調させることができる。【０１００】
上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。【０１０１】
例えば、ディーゼルスロットル１９のＦ／Ｂ制御の収束状態に応じて吸気弁２２および排気弁２３の目標位相の変化率を制限するＦ／Ｆ制御を実行してもよい。また、エンジン１００のその他のＦ／Ｂ制御の収束状態に応じて吸気弁２２および排気弁２３の目標位相の変化率を制限するＦ／Ｆ制御を実行してもよい。
【符号の説明】
【０１０２】
１  エンジンシステム
１０  エンジンＥＣＵ
１４  ターボチャージャ（過給機）
１６  ＥＧＲ通路
１７  インジェクタ
１９  ディーゼルスロットル
２２  吸気弁
２３  排気弁
２６  電動ＶＶＴ機構（可変動弁手段）
２７  油圧ＶＶＴ機構（可変動弁手段）
１００  エンジン
１４１  可変ノズルベーン機構（過給効率制御手段）
１６２  ＥＧＲバルブ（ＥＧＲ弁）
【図１】
2012153418.tif 000003
【図２】
2012153418.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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