(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関の運転領域の変化に伴う一時的な偏差の増大を抑制する。【解決手段】制御出力とその目標値との偏差に基づいて制御入力を反復的に演算するサーボコントローラ５１と、内燃機関またはそれに付帯する装置の現在状況に関する指標値に応じたマップ項を前記制御入力に加味する入力補正部５２と、所定の条件が成立したときに、サーボコントローラ５１が参照する制御出力の目標値または偏差をなまし処理する目標補正部５３とを具備する制御装置を構成した。入力補正部５２は、前記制御出力と前記制御入力との入出力特性関係を示すマップを予め記憶し、なまし処理を施した目標値と本来の目標値との差分をキーとして当該マップを検索することで、マップ項の補正量を知得してマップ項を補正する。【選択図】図２
2011001870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関またはこれに付帯する装置に係る制御出力を目標値に追従させる制御を実施するものであって、
制御出力とその目標値との偏差に基づいて制御入力を反復的に演算するサーボコントローラと、
内燃機関またはそれに付帯する装置の現在状況に関する指標値と制御入力に加味するマップ項との関係を示すマップを予め記憶し、前記指標値をキーとして当該マップを検索し、前記マップ項を知得してこれを操作部に与えるべき制御入力に加味する入力補正部と、
所定の条件が成立したときに、サーボコントローラが参照する制御出力の目標値または偏差をなまし処理する目標補正部と
を具備し、
前記入力補正部は、前記制御出力と前記制御入力との入出力特性関係を示すマップを予め記憶し、前記なまし処理を施した目標値または偏差と本来の目標値または偏差との差分をキーとして当該マップを検索することで、前記マップ項の補正量を知得することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
可変ターボ過給機を備えた内燃機関を制御するものであり、
前記制御出力に、吸気管内圧力または吸気量が含まれ、
前記制御入力を与えるべき操作部に、ターボ過給機の可変ノズルが含まれている請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
内燃機関またはそれに付帯する装置の現在状況に関する指標値と、前記制御出力の目標値との関係を定めたマップを予め記憶し、前記指標値をキーとして当該マップを検索することを通じて前記制御出力の目標値を知得する請求項３記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関またはそれに付帯する装置を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１に開示されている排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）システムは、過給機を備えた内燃機関のＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）を制御するものである。ＥＧＲ率と過給圧との間には相互干渉が存在し、一入力一出力のコントローラでＥＧＲ率及び吸気管内圧力（または、吸気量）の両方を同時に制御することは難しい。しかも、内燃機関の運転領域によって応答性が異なる上、過給機にはターボラグ（むだ時間）がある。このような事情から、特許文献１に記載のシステムでは、非線形制御対象に対して有効な制御手法であるスライディングモード制御を採用し、相互作用を考慮した多入力多出力のコントローラを設計してＥＧＲ制御をしている。
【０００３】
車載の内燃機関のように、状態がしばしば大きく変化する制御対象では、その運転状態に応じて切換関数σの値が大きく変動する。切換関数σは、切換超平面を構成する行列Ｓと状態量Ｘとの積であって、現在の状態から切換超平面またはノミナル点までの距離を示している。切換関数σは、スライディングモードコントローラの算出する非線形入力項を決定づけるものであり、σの増大は非線形入力項の０への収束の遅れ、ひいては制御出力の目標収束性の劣化をもたらす。
【０００４】
制御の収束の遅れを緩和ないし解消するための手法として、適応制御を導入することが知られている。下記特許文献２に記載の制御装置では、内燃機関の運転領域に応じて定められた適応項（マップ項）をマップデータとして予め記憶保持しておき、当該マップから内燃機関の現在の運転領域に対応したマップ項を読み出して、制御入力に加味するようにしている。この適応制御により、目標収束性の改善を図ることが可能である。
【０００５】
ところで、加速中のような高負荷かつ高回転の運転領域では、高い出力トルクを確保する目的でＥＧＲバルブを絞りＥＧＲガスを減らすことが通例である。時には、完全にＥＧＲをカットしてしまう場合もある。ＥＧＲカット中は、ＥＧＲバルブは全閉ないし略全閉し、Ｄスロットルバルブは全開ないし略全開する。
【０００６】
運転者がアクセルを緩め、加速が終了すると、エンジン回転数及び燃料噴射量が減少する。これに伴い、マップを参照して決定されるマップ項の値も急変する。通常は、可変ターボのノズルベーン開度を絞る方向に変動する。加えて、吸気管内圧力の目標値もまたエンジン回転数及び燃料噴射量に依存しており、加速終了とともにこの目標値は下降する。
【０００７】
一方で、エンジン回転数及び燃料噴射量が減少するにもかかわらず、慣性により排気タービンの回転は瞬時には衰えず、過給圧も低下しない。故に、吸気管内圧力の実測値は、一旦目標値を大きく超過してしまう。その後、排気タービンの回転が衰えて吸気管内圧力の実測値は目標値近傍に落ち着くが、一時的に大きな偏差が発生するために、この偏差を縮小しようとしてＥＧＲバルブやＤスロットルバルブの開度が操作され、ＥＧＲ率の実測値も目標値を外れてしまう。そのため、一時的であるにせよ、ドライバビリティの低下や排気ガスの悪化等を招くことがあり得た。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−０３２４６２号公報
【特許文献２】特願２００９−０８１１１４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の問題に鑑みてなされた本発明は、内燃機関の運転領域の変化に伴う一時的な偏差の増大を抑制することを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、内燃機関またはこれに付帯する装置に係る制御出力を目標値に追従させる制御を実施するものであって、制御出力とその目標値との偏差に基づいて制御入力を反復的に演算するサーボコントローラと、内燃機関またはそれに付帯する装置の現在状況に関する指標値と制御入力に加味するマップ項との関係を示すマップを予め記憶し、前記指標値をキーとして当該マップを検索し、前記マップ項を知得してこれを操作部に与えるべき制御入力に加味する入力補正部と、所定の条件（制御出力の一時的なオーバーシュートまたはアンダーシュートを招来する特定の事象）が成立したときに、サーボコントローラが参照する制御出力の目標値または偏差をなまし処理する目標補正部とを具備し、前記入力補正部は、前記制御出力と前記制御入力との入出力特性関係を示すマップを予め記憶し、前記なまし処理を施した目標値または偏差と本来の目標値または偏差との差分をキーとして当該マップを検索することで、前記マップ項の補正量を知得することを特徴とする制御装置を構成した。
【００１１】
上述した問題は、制御入力に加味するマップ項が制御出力である吸気管内圧力の実測値に基づいて決定されておらず、マップ項の変動が排気タービンの回転のスローダウンに比して早すぎることに起因していた。本発明は、この点に着目したものであり、ＥＧＲカットの最中における加速終了等の所定条件が成立したときに、制御出力の目標値になまし処理を施して目標値の変化を遅らせ、偏差の拡大を防止する。または、サーボコントローラに与える偏差自体をなまし処理する。これにより、サーボコントローラが算出する制御入力の変動、換言すれば操作部となるバルブ類の開閉操作量を抑制することができる。同時に、なまし処理後の目標値と本来の目標値との差分をキーとして入出力特性マップを検索し、その差分を埋め合わせるような補正量を知得して、マップ項の急変動の一部を補正量を以て打ち消すようにする。目標値のなましは時間が経過すれば消失し、目標値は本来あるべき設定値に収束する。その頃には排気タービンの回転も衰え、補正量による補正をしていない本来のマップ項を用いて適切に制御を実施できる状況に落ち着く。本発明によれば、一時的な偏差の増大を有効に回避でき、ドライバビリティの向上、排気ガスの清浄化等に少なからず寄与する。
【００１２】
特に、可変ターボ過給機を備えた内燃機関を制御するものであり、前記制御出力に吸気管内圧力または吸気量が含まれ、前記制御入力を与える操作部にターボ過給機の可変ノズルが含まれている制御系では、例えばＥＧＲカット中の加速が終了した後の一時期において、吸気管内圧力または吸気量の目標値をなまし処理する。加速終了後は外乱として過給圧が自然に低下するので、そのことを利用して、敢えて操作部を操作することなしに吸気管内圧力または吸気量を低減制御するのである。
【００１３】
内燃機関またはそれに付帯する装置の現在状況に関する指標値と、前記制御出力の目標値との関係を定めたマップを予め記憶し、前記指標値をキーとして当該マップを検索することを通じて前記制御出力の目標値を知得するものであれば、コントローラで吸収可能な程度の外乱は指標値に対応した目標値の設定によって制御できる。吸収不可能な急激な外乱に対してのみ、指標値に応じて上下する目標値になまし処理を施し、偏差の拡大を抑止する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、内燃機関の運転領域の変化に伴う一時的な偏差の増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態におけるＥＧＲシステムのハードウェア資源構成図。
【図２】同実施形態の制御装置の構成説明図。
【図３】同実施形態の適応スライディングモードコントローラのブロック線図。
【図４】同実施形態の入力補正部及び目標補正部のブロック線図。
【図５】マップ項Ｕadを決定する際に参照されるマップを例示する図。
【図６】吸気管内圧力の目標値のなまし処理を例示するチャート。
【図７】補正量Δｕを決定する際に参照される入出力特性マップを例示する図。
【図８】同実施形態の制御装置が実行する処理の手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に示すものは、本発明の適用対象の一であるＥＧＲシステムである。内燃機関２に付帯するこのＥＧＲシステムは、吸排気系３、４における複数の流体圧または流量に関する値を検出するための計測器１１、１２と、それらの値に目標値を設定し、各値を目標値に追従させるべく複数の操作部４５、４２、３３を操作する制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）５とを具備してなる。
【００１７】
内燃機関２は、例えば過給機を備えたディーゼルエンジンである。内燃機関２の吸気系３には、可変ターボのコンプレッサ３１を配設するとともに、その下流に吸気冷却用のインタークーラ３２、及び新気量を調節するＤスロットルバルブ３３を設ける。また、新気量を計測する流量計１１、吸気管内圧力を計測する圧力計１２をそれぞれ設置する。
【００１８】
内燃機関２の排気系４には、コンプレッサ３１を駆動するタービン４１を配設し、タービン４１の入口には過給機のＡ／Ｒ比を増減させるためのノズルベーン４２を設ける。そして、内燃機関２の燃焼室より排出される排気ガスの一部を吸気系３に還流させるＥＧＲ通路４３を形成する。ＥＧＲ通路４３は、吸気系３におけるスロットルバルブ３３よりも下流に接続する。ＥＧＲ通路４３には、排気冷却用のＥＧＲクーラ４４と、通過する排気ガス（ＥＧＲガス）量を調節する外部ＥＧＲバルブ４５とを設ける。
【００１９】
本実施形態では、ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）と、吸気管内圧力（または、吸気量）とについて各々目標値を設定し、双方の制御量を一括に目標値に向かわせるべく複数の操作部、即ちＥＧＲバルブ４５、可変ターボのノズル４２及びスロットルバルブ３３を操作する制御を実施する。
【００２０】
ＥＧＲバルブ４５、ノズルベーン４２、スロットルバルブ３３は、ＥＣＵ５により統御されてその開度をリニアに変化させる。各操作部４５、４２、３３は、駆動信号のデューティ比を増減させることで開度を変える電気式のバルブや、あるいはバキュームコントロールバルブ等と組み合わされ弁体のリフト量を制御して開度を変える機械式のバルブ等を用いてなる。
【００２１】
ＥＣＵ５は、プロセッサ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）またはフラッシュメモリ、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路等を包有するマイクロコンピュータである。ＥＣＵ５は、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力を検出するための計測器１１、１２の他、エンジン回転数、アクセルペダルの踏込量、冷却水温、吸気温、外部の気温等を検出する各種計測器（図示せず）と電気的に接続し、これら計測器から出力される信号を受け取って各値を知得することができる。
【００２２】
因みに、本実施形態では、ＥＧＲ率を直接計測していない。内燃機関２のシリンダに入る空気量は、可変ターボのノズル開度を基に予測することが可能である。その空気量の予測値をｇcylとおき、流量計１１で計測される新気量をｇaとおくと、推定ＥＧＲ率ｅegrについて、ｅegr＝１−ｇa／ｇcylなる関係が成立する。ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、可変ターボのノズル開度とシリンダに入る空気量との関係を定めたマップデータが記憶されている。ＥＣＵ５は、可変ターボのノズル開度をキーとしてマップを検索し、シリンダに入る空気量の予測値を得、これと新気量とを上記式に代入してＥＧＲ率を算出する。
【００２３】
並びに、ＥＣＵ５は、ＥＧＲバルブ４５、可変ターボのノズル４２、スロットルバルブ３３や、燃料噴射を司るインジェクタ及び燃料ポンプ等（図示せず）と電気的に接続しており、これらを駆動するための信号を入力することができる。
【００２４】
ＥＣＵ５で実行するべきプログラムはＲＯＭまたはフラッシュメモリに予め記憶されており、その実行の際にＲＡＭへ読み込まれ、プロセッサによって解読される。ＥＣＵ５は、プログラムに従い内燃機関２を制御する。例えば、エンジン回転数、アクセルペダルの踏込量、冷却水温等の諸条件に基づき要求される燃料噴射量（いわば、エンジン負荷）を決定し、その要求噴射量に対応する駆動信号をインジェクタ等に入力して燃料噴射を制御する。その上で、ＥＣＵ５は、プログラムに従い、図２ないし図４に示すサーボコントローラ５１、入力補正部５２及び目標補正部５３としての機能を発揮する。
【００２５】
サーボコントローラ５１は、スライディングモードコントローラであって、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力のスライディングモード制御を担う。フィードバック制御時、ＥＣＵ５は、各種計測器（図示せず）が出力する信号を受け取ってエンジン回転数、アクセル踏込量、冷却水温、吸気温、外部の気温及び気圧等を知得し、要求噴射量を決定する。続いて、少なくともエンジン回転数及び要求噴射量に基づき、目標ＥＧＲ率及び目標吸気管内圧力を設定する。ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、エンジン回転数及び要求噴射量に応じて設定するべき各目標値を示すマップデータが記憶されている。ＥＣＵ５は、エンジン回転数及び要求噴射量をキーとしてマップを検索し、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力の目標値を得る。さらに、マップを参照して得た目標値を基本値とし、これを冷却水温、吸気温、外部の気温や気圧等に応じて補正して最終的な目標値とする。
【００２６】
そして、ＥＣＵ５は、計測器１１、１２が出力する信号を受け取ってＥＧＲ率及び吸気管内圧力の現在値を知得し、各制御量の現在値と目標値との偏差からＥＧＲバルブ４５の開度、可変ターボのノズル４２の開度及びスロットルバルブ３３の開度を演算して、各々の操作量に対応する駆動信号をそれら操作部４５、４２、３３に入力、開度を操作する。
【００２７】
ＥＧＲ率の適応スライディングモード制御に関して補記する。状態方程式及び出力方程式は、下式（数１）の通りである。
【００２８】
【数１】
2011001870.tif 000003
【００２９】
本実施形態では、状態量ベクトルＸを出力ベクトルＹから直接知得できる構造とする、換言すれば計測器１１、１２を介して検出可能な値を直接の制御対象とすることにより、状態推定オブザーバを排して推定誤差に伴う制御性能の低下を予防している。出力行列Ｃは既知、本実施形態では単位行列とする。
【００３０】
プラントのモデル化、即ち状態方程式（数１）における係数行列Ａ及び入力行列Ｂの同定にあたっては、各操作部４５、４２、３３に様々な周波数からなるＭ系列信号を入力して開度を操作し、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力の値を観測して、その入出力データから行列Ａ、Ｂを同定する。各操作部４５、４２、３３に入力するＭ系列信号は、互いに無相関なものとする。これにより、各値の相互干渉を考慮したモデルを作成することができる。
【００３１】
図３に、本実施形態の適応スライディングモード制御系のブロック線図を示す。スライディングモードコントローラ５１の設計手順には、切換超平面の設計と、状態量を切換超平面に拘束するための非線形切換入力の設計とが含まれる。１形のサーボ系を構成するべく、当初の状態量ベクトルＸに、目標値ベクトルＲと出力ベクトルＹとの偏差の積分値ベクトルＺを付加した新たな状態量ベクトルＸeを定義すると、下式（数２）に示す拡大系の状態方程式を得る。
【００３２】
【数２】
2011001870.tif 000004
【００３３】
安定余裕を考慮し、切換超平面の設計にはシステムの零点を用いた設計手法を用いる。即ち、上式（数２）の拡大系がスライディングモードを生じているときの等価制御系が安定となるように超平面を設計する。切換関数σを式（数３）で定義すると、状態が超平面に拘束されている場合にσ＝０かつ式（数４）が成立する。
【００３４】
【数３】
2011001870.tif 000005
【００３５】
【数４】
2011001870.tif 000006
【００３６】
故に、スライディングモードが生じているときの線形入力（等価制御入力）は、下式（数５）となる。
【００３７】
【数５】
2011001870.tif 000007
【００３８】
上式（数５）の線形入力を拡大系の状態方程式（数２）に代入すると、下式（数６）の等価制御系となる。
【００３９】
【数６】
2011001870.tif 000008
【００４０】
この等価制御系が安定になるように超平面を設計することと、目標値Ｒを無視した系に対して設計することとは等価であるので、下式（数７）が成立する。
【００４１】
【数７】
2011001870.tif 000009
【００４２】
上式（数７）の系に対して安定度εを考慮し、最適制御理論を用いてフィードバックゲインを求め、それを超平面とすると、下式（数８）となる。
【００４３】
【数８】
2011001870.tif 000010
【００４４】
行列Ｐsは、リカッチ方程式（数９）の正定解である。
【００４５】
【数９】
2011001870.tif 000011
【００４６】
リカッチ方程式（数９）におけるＱsは制御目的の重み行列で、非負定な対称行列である。ｑ1、ｑ2は偏差の積分Ｚに対する重みであり、制御系の周波数応答の速さの違いにより決定する。ｑ3、ｑ4は出力Ｙに対する重みであり、ゲインの大きさの違いにより決定する。また、リカッチ方程式（数９）におけるＲsは制御入力の重み行列で、正定対称行列である。εは安定余裕係数で、ε≧０となるように指定する。
【００４７】
なお、上記式（数８）、（数９）に替えて、以下に示す離散系の超平面構築式（数１０）及び代数リカッチ方程式（数１１）を用いてもよい。
【００４８】
【数１０】
2011001870.tif 000012
【００４９】
【数１１】
2011001870.tif 000013
【００５０】
超平面に拘束するための入力の設計には、最終スライディングモード法を用いる。ここでは、制御入力Ｕを、線形入力Ｕeqと新たな入力即ち非線形入力（非線形制御入力）Ｕnlとの和として、下式（数１２）で表す。
【００５１】
【数１２】
2011001870.tif 000014
【００５２】
切換関数σを安定させたいので、σについてのリアプノフ関数を下式（数１３）のように選び、これを微分すると式（数１４）となる。
【００５３】
【数１３】
2011001870.tif 000015
【００５４】
【数１４】
2011001870.tif 000016
【００５５】
式（数１２）を式（数１４）に代入すると、下式（数１５）となる。
【００５６】
【数１５】
2011001870.tif 000017
【００５７】
非線形入力Ｕnlを下式（数１６）とすると、リアプノフ関数の微分は式（数１７）となる。
【００５８】
【数１６】
2011001870.tif 000018
【００５９】
【数１７】
2011001870.tif 000019
【００６０】
従って、切換ゲインｋを正とすれば、リアプノフ関数の微分値を負とすることができ、スライディングモードが保証される。このときの制御入力Ｕは、下式（数１８）である。
【００６１】
【数１８】
2011001870.tif 000020
【００６２】
ηはチャタリング低減のために導入した平滑化係数であって、η＞０である。
【００６３】
本実施形態では、ＥＧＲ率ｙ1及び吸気管内圧力ｙ2を制御出力変数とし、ＥＧＲバルブ４５の開度ｕ1、可変ターボのノズル４２の開度ｕ2及びスロットルバルブ３３の開度ｕ3を制御入力変数とした３入力２出力のフィードバック制御を行う。状態変数の個数（システムの次数）は、当初の系（数１）では出力変数の個数と同じく２、拡大系（数２）では４となる。制御出力及び状態量をこのように特定することで、排気ガスに直接触れる箇所に流量計等の計測器を設置する必要がなくなる。
【００６４】
尤も、本実施形態のような３入力２出力のシステムでは、ｄｅｔ（ＳＢe）＝０が成立し、行列（ＳＢe）は正則とはならない。そこで、逆行列（ＳＢe）-1を、一般化逆行列として算定する。一般化逆行列には、例えばムーア・ペンローズ型の逆行列（ＳＢe）†を用いる。
【００６５】
入力補正部５２は、スライディングモードコントローラ５１が演算する制御入力Ｕに加算するマップ項Ｕadを決定する。
【００６６】
ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、内燃機関２またはそれに付帯する装置の現在状況に関する指標値と、制御入力Ｕに加味するマップ項Ｕadとの関係を定めたマップが記憶されている。指標値は、例えばエンジン回転数及び要求燃料噴射量である。マップは、個々の運転領域［エンジン回転数，燃料噴射量］毎にその運転領域に適した（または、代表的な）目標ＥＧＲ率及び目標吸気管内圧力を定め、この目標を実機の内燃機関２で達成した定常状態における各操作部４５、４２、３３の開度Ｕbaseを計測するとともに、同一の目標をスライディングモードコントローラ５１に与えて偏差のない定常状態における線形入力Ｕeqを演算させることによって作成する。実機での操作部４５、４２、３３の開度の実測値Ｕbaseと、スライディングモードコントローラ５１による線形入力の算出値Ｕeqとから、個々の運転領域［エンジン回転数，吸気管内圧力］に対応したマップ項Ｕad＝［ｕ1ad，ｕ2ad，ｕ3ad］Tは下式（数１９）となる。
【００６７】
【数１９】
2011001870.tif 000021
【００６８】
マップ項Ｕadは、スライディングモードコントローラ５１を用いて内燃機関２を制御するときのモデル化誤差（摂動）を縮小し、速やかに非線形入力項Ｕnlを０へと収束させる役割を果たす。
【００６９】
図５に、マップ項Ｕadの決定の際に参照されるマップの例を示す。図示例は、ノズルベーン４２に与えるべき制御入力ｕ2に加味するマップ項ｕ2adを規定したものである。マップ項ｕ2adの値は、エンジン回転数が低いほど大きく、また燃料噴射量が少ないほど大きい。
【００７０】
但し、本実施形態では、ノズルベーン４２に係る制御入力ｕ2の数値の大小と、ノズルベーン４２の実際の開度の大小とは正反対の関係になっている。即ち、開度値ｕ2が大きいことはノズルベーン４２が閉じられることを意味し、開度値ｕ2が小さいことはノズルベーン４２が開かれることを意味する。このことは、マップ項ｕ2adについても同様である。マップ項ｕ2adにより、エンジン回転数が低い／燃料噴射量が少ないほどノズルベーン４２は開かれる方向に操作され、エンジン回転数が高い／燃料噴射量が多いほどノズルベーン４２は閉じられる方向に操作される。
【００７１】
なお、現実の内燃機関２の制御では、運転領域［エンジン回転数，燃料噴射量］が同一であったとしても、達成するべき目標ＥＧＲ率及び／または目標吸気管内圧力が相異するケースが発生し得る。現実の制御における目標がマップの作成の際に定めた目標と異なる場合、最適なマップ項Ｕadも変わってくる可能性がある。そこで、マップを参照して知得したマップ項Ｕadに、環境補正を加えるようにすることがより好ましい。環境補正は、目標ＥＧＲ率及び／または目標吸気管内圧力の基本値を補正するパラメータである冷却水温、吸気温、外気温、大気圧等に応じてマップ項Ｕadを補正するものである。
【００７２】
入力補正部５２は、通常時、上記のマップデータを参照してマップ項Ｕadを決定する。即ち、エンジン回転数及び燃料噴射量をキーとしてマップを検索し、マップ項Ｕadを知得する。必要であれば、マップから知得したＵadに環境補正を加える。結果的に、操作部４５、４２、３３に与えられる制御入力は、スライディングモードコントローラ５１が算出した制御入力Ｕと入力補正部５２が決定したマップ項Ｕadとの和（Ｕeq＋Ｕnl＋Ｕad）となる。
【００７３】
しかして、目標補正部５３は、所定の条件が成立したときに、スライディングモードコントローラ５１が参照する吸気管内圧力の目標値ｒ2をなまし処理する。所定の条件とは、例えば、エンジン回転数及び要求燃料噴射量が充分に高いＥＧＲカット域において自動車の加速が終了した場合等である。
【００７４】
加速が終了すると、エンジン回転数及び燃料噴射量はともに減少する。これら指標値の減少に伴い、吸気管内圧力ｙ2の目標値ｒ2は下降する。同時に、マップ項Ｕadもまた変動する。ノズルベーン４２に係るマップ項ｕ2adについて言えば、エンジン回転数及び燃料噴射量の減少により、その値がノズルベーン４２の開度を絞る方向に変動（増大）する。ノズルベーン４２の開度を絞るのは、排気タービンの回転の鈍化による過給圧の低下を補うためである。
【００７５】
しかしながら、高回転高負荷の運転領域にて加速が終了したときには、慣性により排気タービンの回転は瞬時には衰えない。従って、マップ項ｕ2adによるノズルベーン４２の開度縮小が排気タービンの回転のスローダウンに先んじてしまい、過給圧が過剰となって、吸気管内圧力ｙ2が目標値ｒ2を大きく超過するオーバーシュートを引き起こしていた。そして、吸気管内圧力ｙ2の偏差の増大は、協調制御しているＥＧＲ率ｙ1の偏差の増大へとつながり、一時的なドライバビリティの低下、排気ガスの悪化等を招来する。
【００７６】
目標補正部５３は、このような吸気管内圧力ｙ2の偏差の増大を抑制ないし回避する目的で、目標値ｒ2になまし処理を加えて、目標値ｒ2の下降を実効的に遅らせる。なまし処理は、例えば目標値ｒ2の移動平均をとることによって行う。エンジン回転数及び燃料噴射量等を基にして設定される本来の目標値をｒ2i（添字ｉはＥＣＵ５の演算サイクルを表す）とおくと、直近の過去ｎ回の演算サイクルにおける本来の目標値ｒ2iから、コントローラ５１に与える目標値ｒ2’を下式（数２０）に則って算定することができる。
【００７７】
【数２０】
2011001870.tif 000022
【００７８】
目標値ｒ2をなまし処理した例を、図６に示す。但し、このような単純移動平均フィルタではなく、加重平均フィルタやローパスフィルタ等を用いて目標値ｒ2のなまし処理を実行してもよい。また、目標値ｒ2ではなく、コントローラ５１に与える吸気管内圧力の偏差（ｒ2−ｙ2）をなまし処理するようにしても、所期の目的を達成することが可能である。
【００７９】
さらに、目標補正部５３が目標値ｒ2のなまし処理を実行している間、入力補正部５２は、なまし処理後の目標値ｒ2’と本来の目標値ｒ2iとの差分（または、なまし処理後の偏差と本来の偏差との差分）Δｒに基づく補正量Δｕを決定し、この補正量Δｕによってマップ項ｕ2adを補正する。
【００８０】
ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、プラントの入出力特性を示すマップが記憶されている。図７に、入出力特性マップの例を示す。図示例は、制御出力ｙ2と制御入力ｕ2との入出力特性関係を規定したものである。入力補正部５２は、このマップデータを基に、マップ項ｕ2adの補正量Δｕを決定する。即ち、入力補正部５２は、なまし処理後の目標値ｒ2’に対応する制御入力ｕ2’と、本来の目標値ｒ2iに対応する制御入力ｕ2iとを検索して知得する。これらｕ2’とｕ2iとの差分（ｕ2’−ｕ2i）が、Δｕとなる。
【００８１】
その上で、入力補正部５２は、補正量Δｕをマップ項ｕ2adひいては制御入力ｕ2から減算する。これにより、マップ項ｕ2adの値はノズルベーン４２の開度が開く方向に補正される（値が小さくなる）。ノズルベーン４２に係るマップ項ｕ2adを補正する一方でＥＧＲバルブ４５に係るマップ項ｕ1adやＤスロットルバルブ３３に係るマップ項ｕ3adを補正しないのは、ＥＧＲカット域ではＥＧＲバルブ４５は全閉ないし略全閉、Ｄスロットルバルブ３３は全開ないし略全開であり、これらの開度を補正する意義に乏しいからである。
【００８２】
図８に、本実施形態の制御装置が実行する処理の手順例を示す。エンジン回転数及び燃焼噴射量がともに所定閾値を上回っているＥＧＲカット域にある最中、制御装置は、エンジン回転数が低下傾向にあるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１では、現在のエンジン回転数Ｎｅiと、過去の演算サイクルにおけるエンジン回転数Ｎｅi-1との関係において、Ｎｅi-1−Ｎｅi＜０が成立する場合に、エンジン回転数が低下傾向にあると判定する。
【００８３】
エンジン回転数が低下傾向にあるならば、要求燃料噴射量が低下傾向にあるか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２では、現在の燃料噴射量Ｑiと、過去の演算サイクルにおける燃料噴射量Ｑi-1との関係において、Ｑi-1−Ｑi＜０が成立する場合に、燃料噴射量が低下傾向にあると判定する。
【００８４】
燃料噴射量も低下傾向にあるならば、アクセルペダルの踏み込み量が低下傾向にあるか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３では、現在のアクセル踏み込み量ａｃｃｐｆiと、過去の演算サイクルにおけるアクセル踏み込み量ａｃｃｐｆi-1との関係において、ａｃｃｐｆi-1−ａｃｃｐｆi＜０が成立する場合に、アクセル踏み込み量が低下傾向にあると判定する。
【００８５】
ステップＳ１ないしＳ３を通じて、条件の全てが成立した暁には、吸気管内圧力の目標値ｒ2のなまし処理を実行開始する。なまし処理では、本来あるべき目標値ｒ2iの移動平均ｒ2’を算出し（ステップＳ４）、このｒ2’を吸気管内圧力の目標値としてコントローラ５１に与え、制御入力Ｕの演算を実施させる（ステップＳ５）。並びに、エンジン回転数、燃料噴射量等から、マップ項Ｕadを決定する（ステップＳ６）。
【００８６】
さらに、なまし処理後の目標値ｒ2’と本来の目標値ｒ2iとから補正量Δｕを決定する（ステップＳ７）。そして、この補正量Δｕをマップ項ｕ2adから減算する補正処理を施した上で（ステップＳ８）、制御入力（Ｕeq＋Ｕnl＋Ｕad）を操作部４５、４２、３３に入力しこれらを操作する（ステップＳ９）。
【００８７】
なまし処理を実行開始してから所定期間が経過したら（ステップＳ１０）、なまし処理を終了して本来の目標値ｒ2をコントローラ５１に与える。また、補正量Δｕによるマップ項ｕ2adの補正を終了する。
【００８８】
ステップＳ１ないしＳ３を通じて、何れかの条件が成立していないのであれば、目標値ｒ2のなまし処理及びマップ項ｕ2adの補正処理を実行しない。即ち本来の目標値ｒ2をコントローラ５１に与え続けて制御入力Ｕを演算させ（ステップＳ１１）、マップ項Ｕadを決定して（ステップＳ１２）、制御入力Ｕに補正しないマップ項Ｕadを加算した制御入力（Ｕeq＋Ｕnl＋Ｕad）を操作部４５、４２、３３に入力する（ステップＳ１３）ことは言うまでもない。
【００８９】
本実施形態によれば、内燃機関２またはこれに付帯する装置に係る制御出力ｙ1、ｙ2を目標値ｒ1、ｒ2に追従させる制御を実施するものであって、各制御出力ｙ1、ｙ2とその目標値ｒ1、ｒ2との偏差に基づいて制御入力ｕ1、ｕ2、ｕ3を反復的に演算するサーボコントローラ５１と、内燃機関２またはそれに付帯する装置の現在状況に関する指標値と制御入力ｕ1、ｕ2、ｕ3に加味するマップ項ｕ1ad、ｕ2ad、ｕ3adとの関係を示すマップを予め記憶し、前記指標値をキーとして当該マップを検索し、前記マップ項を知得してこれを操作部４５、４２、３３に与えるべき制御入力ｕ1、ｕ2、ｕ3に加味する入力補正部５２と、所定の条件が成立したときに、サーボコントローラ５１が参照する制御出力ｙ2の目標値ｒ2または偏差をなまし処理する目標補正部５３とを具備し、前記入力補正部５２は、前記制御出力ｙ1、ｙ2と前記制御入力ｕ1、ｕ2、ｕ3との入出力特性関係を示すマップを予め記憶し、前記なまし処理を施した目標値ｒ2’または偏差と本来の目標値ｒ2iまたは偏差との差分Δｒをキーとして当該マップを検索することで、前記マップ項ｕ2adの補正量Δｕを知得することを特徴とする制御装置を構成したため、所定条件が成立したときに制御出力ｙ2の目標値ｒ2になまし処理を施して目標値ｒ2’の変化を遅らせることができる。これにより、サーボコントローラ５１が算出する制御入力ｕ1、ｕ2、ｕ3の変動、換言すれば操作部の４５、４２、３３の操作量を抑制することができる。並びに、特定の操作部４２に係るマップ項ｕ2adの急変動の一部を補正量Δｕを以て打ち消し、以てマップ項ｕ2adが内燃機関２の現在状況から一時的に乖離する問題を解消することができる。従って、制御出力ｙ2の偏差の拡大を有効に回避でき、ドライバビリティの向上、排気ガスの清浄化等に寄与する。
【００９０】
特に、可変ターボ過給機を備えた内燃機関２を制御するものであり、吸気管内圧力または吸気量が制御出力ｙ2、ターボ過給機の可変ノズル４２が制御入力ｕ2となっている制御系において、例えばＥＧＲカット中の加速終了後の一時期に、吸気管内圧力または吸気量ｙ2の目標値ｒ2をなまし処理し、過給圧の自然低下を利用して、敢えて操作部４５、４２、３３を操作することなしに吸気管内圧力または吸気量ｙ2を低減制御することができる。
【００９１】
内燃機関２またはそれに付帯する装置の現在状況に関する指標値と、前記制御出力ｙ2の目標値ｒ2との関係を定めたマップを予め記憶し、前記指標値をキーとして当該マップを検索することを通じて前記制御出力ｙ2の目標値ｒ2を知得するものであるため、コントローラ５１で吸収可能な程度の外乱は指標値に対応した目標値ｒ2の設定によって制御できる。吸収不可能な急激な外乱に対してのみ、指標値に応じて設定される目標値ｒ2になまし処理を施し、偏差の拡大を抑止することが可能である。
【００９２】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。まず、サーボコントローラ５１が実現する多入力フィードバック制御の手法は、スライディングモード制御には限定されない。スライディングモード制御以外の手法、例えば最適制御、Ｈ∞制御、バックステッピング制御等を採用することを妨げない。
【００９３】
内燃機関または付帯装置の現在状況に関する指標値は、エンジン回転数及び燃料噴射量には限られない。外部の気圧や冷却水温等を指標値として参照した上で、目標値ｒ2を設定することも当然に可能である。
【００９４】
目標値のなまし処理及びマップ項の補正処理を開始する条件の内容も、上記実施形態におけるものには限定されない。条件によっては、ＥＧＲ率の目標値ｒ1（または、ＥＧＲ率の偏差）になまし処理を施したり、ＥＧＲバルブ４５に係るマップ項ｕ1adやＤスロットルバルブ３３に係るマップ項ｕ3adに補正処理を施したりすることも想定される。
【００９５】
また、ＥＧＲ制御における制御入力変数は、ＥＧＲバルブ開度、可変ノズルターボ開度及びスロットルバルブ開度には限定されない。制御出力変数も、ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）及び吸気管内圧力（または、吸気量）には限定されない。新たな入力変数、出力変数を付加して、４入力３出力の３次システムを構築するようなことも可能である。例えば、吸気系に過給機（のコンプレッサ）をバイパスする通路が存在している場合、その通路上に設けられたバルブをも操作することがある。このとき、当該バイパス通路内の圧力または流量等を制御出力変数に含め、当該バイパス通路上のバルブの開度を制御入力変数に含めることができる。
【００９６】
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明は、例えば、過給機及びＥＧＲ装置が付帯した内燃機関のＥＧＲ率を制御するための制御コントローラとして利用することができる。
【符号の説明】
【００９８】
５…ＥＣＵ（制御装置）
５１…適応スライディングモードコントローラ（サーボコントローラ）
５２…入力補正部
５３…目標補正部
【図１】
2011001870.tif 000023
【図２】
2011001870.tif 000024
【図３】
2011001870.tif 000025
【図４】
2011001870.tif 000026
【図５】
2011001870.tif 000027
【図６】
2011001870.tif 000028
【図７】
2011001870.tif 000029
【図８】
2011001870.tif 000030