(57)【要約】      （修正有）【課題】ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）カット中に可変ターボのノズルベーンを操作して吸気管内圧力を制御できないケースにおいて、吸気管内圧力を適切に制御できるようにする。【解決手段】ＥＧＲバルブ４５、可変ターボのノズルベーン４２及びＤスロットルバルブ３３に与えるべき制御入力を反復的に演算するサーボコントローラ５１と、ＥＧＲガスの還流を停止するＥＧＲカットを実行しかつＤスロットルバルブ３３の開閉操作を通じて吸気管内圧力の制御を継続するための所定条件が成立しているときに、ＥＧＲ率とその目標値との偏差を０と見なし、ＥＧＲバルブ４５の開度をサーボコントローラ５１が演算した制御入力によらない値に操作する補正制御部５２とを具備する制御装置５を構成した。【選択図】図２
2011043156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ターボ過給機及び排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が付帯した内燃機関の吸気管内圧力または吸気量をＥＧＲ率またはＥＧＲ量とともに制御するものであって、
ＥＧＲバルブ、可変ターボのノズルベーン及びＤスロットルバルブに与えるべき制御入力を反復的に演算するサーボコントローラと、
ＥＧＲガスの還流を停止するＥＧＲカットを実行しかつＤスロットルバルブの開閉操作を通じて吸気管内圧力または吸気量の制御を継続するための所定条件が成立しているときに、ＥＧＲ率またはＥＧＲ量とその目標値との偏差を０と見なし、ＥＧＲバルブの開度をサーボコントローラが演算した制御入力によらない値に操作する補正制御部と
を具備することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記補正制御部は、前記所定条件が成立しているときに、ノズルベーンの開度をサーボコントローラが演算した制御入力によらない値に操作する請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
前記所定条件が、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）に捕集しているＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）の酸化処理を行う場合であって、
前記補正制御部は、前記所定条件が成立しているときに、吸気管内圧力の目標値を大気圧以下に設定する請求項１または２記載の制御装置。
【請求項４】
前記サーボコントローラは、制御出力とその目標値との偏差の時間積分ｘz及びそれ以外のものｘyを含む、各制御出力毎に個別の状態変数を参照して、線形入力及び非線形入力を反復的に演算するスライディングモードコントローラであり、
前記補正制御部は、前記所定条件が成立しているときに、前記非線形入力を規定する、ＥＧＲ率またはＥＧＲ量に係る状態変数ｘz及びｘyについての多項式Ｓzｘz＋Ｓyｘyを０とする請求項１、２または３記載の制御装置。
但し、Ｓzは切換超平面を構成する行列Ｓの成分のうち前記状態変数ｘzに乗ずる列ベクトルであり、Ｓyは同行列Ｓの成分のうち前記状態変数ｘyに乗ずる列ベクトルである
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ターボ過給機及び排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が付帯した内燃機関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ＥＧＲ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】
ＥＧＲシステムを持つ内燃機関では、時としてそのＥＧＲをカット、即ちＥＧＲ通路を閉鎖して排気ガスの還流を停止する必要が生じる。ところが、上記の如き多入力多出力の協調制御では、吸気管内圧力をＥＧＲ率とともにあるべき目標値に追従させようとすると、ＥＧＲバルブが協調して開いてしまう。となれば、ＥＧＲ通路が完全に閉鎖状態にあることは保証されず、ＥＧＲカット中にもかかわらず排気ガスが漏流してしまうことがあり得た。
【０００４】
そこで、ＥＧＲカットを行う際には、ＥＧＲバルブを強制的に全閉し、かつＤスロットルバルブを強制的に全開するとともに、コントローラにＥＧＲ率及びその偏差として０を与え、このコントローラが算出する制御入力値に応じて可変ターボのノズルベーンを開閉操作するようにしている。このような処理を実行することにより、ＥＧＲを確実にカットしながら、吸気管内圧力を所要の目標値に制御し続けることが可能となる。
【０００５】
しかしながら、上述した処理を適用できないケースも存在する。例えば、高地等の大気圧の低い場所で低回転低負荷運転をする場合や、エンジン冷却水温が低く目標吸気管内圧力及び実測吸気管内圧力もともに低いような場合等には、燃焼不安定または失火を予防する目的でＥＧＲをカットする。だが、排気ガス量が少なく排気圧も低いことから排気ターボは殆ど仕事をしてくれず、ノズルベーンを操作しても吸気管内圧力を増減させることができない。
【０００６】
また、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）を再生する、即ちＤＰＦに捕集しているＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）を酸化させて除去する場合、ＤＰＦの温度を高めるべく高温の排気ガスをどんどんＤＰＦに送り込む必要があり、そのためにＥＧＲカットを行う。このときには、ＤＰＦが詰まっていることにより排気ターボにおけるタービン前後の圧力差が小さくなっており、ノズルベーンを操作しても排気ターボの仕事量が変化しないので、やはり吸気管内圧力を増減させることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−０３２４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上に鑑みてなされた本発明は、ＥＧＲカット中に可変ターボのノズルベーンを操作して吸気管内圧力を制御できないケースにおいて、吸気管内圧力を適切に制御できるように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】
【０００９】
本発明では、排気ターボ過給機及びＥＧＲ装置が付帯した内燃機関の吸気管内圧力または吸気量をＥＧＲ率またはＥＧＲ量とともに制御するものであって、ＥＧＲバルブ、可変ターボのノズルベーン及びＤスロットルバルブに与えるべき制御入力を反復的に演算するサーボコントローラと、ＥＧＲガスの還流を停止するＥＧＲカットを実行しかつＤスロットルバルブの開閉操作を通じて吸気管内圧力または吸気量の制御を継続するための所定条件が成立しているときに、ＥＧＲ率またはＥＧＲ量とその目標値との偏差を０と見なし、ＥＧＲバルブの開度をサーボコントローラが演算した制御入力によらない値に操作する補正制御部とを具備することを特徴とする制御装置を構成した。このようなものであれば、低大気圧下で低回転低負荷運転を行うケースや、ＤＰＦ再生を行うケース等において、ＥＧＲをカットしつつ吸気管内圧力の制御を継続することが可能となる。
【００１０】
前記補正制御部は、前記所定条件が成立しているときに、ノズルベーンの開度をサーボコントローラが演算した制御入力によらない値に操作することができる。例えば、低大気圧下で低回転低負荷運転を行うケースではノズルベーン開度を絞り気味の値に固定することが好ましく、ＤＰＦ再生を行うケースではノズルベーン開度を開き気味の値に固定することが好ましい。但し、ノズルベーンの開度操作を、スライディングモードコントローラに委ね続けても構わない。
【００１１】
また、特に、ＤＰＦに捕集しているＰＭを酸化させるＤＰＦ再生を行うケースでは、前記補正制御部が、吸気管内圧力の目標値を大気圧以下に設定するものとする。これにより、サーボコントローラが算出するＤスロットルバルブ開度の縮小、並びにノズルベーン開度の拡大を誘発する。さすれば、ＤＰＦの温度を効果的に高めることが可能となる。
【００１２】
前記サーボコントローラが、制御出力とその目標値との偏差の時間積分ｘz及びそれ以外のものｘyを含む、各制御出力毎に個別の状態変数を参照して、線形入力及び非線形入力を反復的に演算するスライディングモードコントローラである場合、前記補正制御部は、前記所定条件が成立しているときに、前記非線形入力を規定する、ＥＧＲ率またはＥＧＲ量に係る状態変数ｘz及びｘyについての多項式Ｓzｘz＋Ｓyｘyを０とする。ここで、Ｓzは切換超平面を構成する行列Ｓの成分のうち前記状態変数ｘzに乗ずる列ベクトルであり、Ｓyは同行列Ｓの成分のうち前記状態変数ｘyに乗ずる列ベクトルである。
【００１３】
ＥＧＲカット中、スライディングモードコントローラは、ＥＧＲ率の偏差を０として制御入力を演算する。つまり、ＥＧＲカット中は状態変数ｘzが一定にホールドされるのであるが、そのｘzの固定値はＥＧＲカットの機会が訪れる毎に異なり得る（ｘzは積算値であることから、過去の経緯に依存する）。そうなれば、ＥＧＲカット時における、各バルブの開度の再現性が失われてしまう。結果、燃費や燃焼安定性に不利な制御入力が選択されたり（ディーゼルエンジンのＤスロットルバルブの開度を不適当に絞ってしまう等）、エンジン出力がその時々でばらついたり、ＥＧＲカットを終了する際の制御追従性の一時的劣化（ひいては、排気ガスの一時的悪化）を招いたりするきらいがある。このような問題を回避するため、本発明では、ＥＧＲカット中、Ｓzｘz＋Ｓyｘy＝０が成立するようにＥＧＲ率に係る状態変数ｘzを書き換え、この状態変数ｘzが（スライディングモードコントローラが算出する）非線形入力項に影響を及ぼすことを阻止する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＥＧＲカット中に可変ターボのノズルベーンを操作して吸気管内圧力を制御できないケースにおいても、吸気管内圧力を適切に制御することが可能となる。
【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】内燃機関の現在状況に関する指標値（エンジン回転数及び要求負荷）と、ＥＧＲカットＮＡ条件との関係を概説する図。
【図５】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。タービン４１の下流には、ＤＰＦ（図示せず）を設置する。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、大気圧、ＤＰＦの前後差圧（ＤＰＦの上流側排気圧と下流側排気圧との差）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、要求されるエンジン負荷）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、図３に示すサーボコントローラ５１及び補正制御部５２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】
2011043156.tif 000003
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
【数２】
2011043156.tif 000004
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。
【００３２】
【数３】
2011043156.tif 000005
【００３３】
【数４】
2011043156.tif 000006
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。
【００３４】
【数５】
2011043156.tif 000007
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。
【００３５】
【数６】
2011043156.tif 000008
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。
【００３６】
【数７】
2011043156.tif 000009
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。
【００３７】
【数８】
2011043156.tif 000010
行列Ｐsは、リカッチ方程式（数９）の正定解である。
【００３８】
【数９】
2011043156.tif 000011
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。
【００３９】
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。
【００４０】
【数１０】
2011043156.tif 000012
【００４１】
【数１１】
2011043156.tif 000013
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。
【００４２】
【数１２】
2011043156.tif 000014
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。
【００４３】
【数１３】
2011043156.tif 000015
【００４４】
【数１４】
2011043156.tif 000016
式（数１２）を式（数１４）に代入すると、下式（数１５）となる。
【００４５】
【数１５】
2011043156.tif 000017
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。
【００４６】
【数１６】
2011043156.tif 000018
【００４７】
【数１７】
2011043156.tif 000019
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の安定性が保証される。このときの制御入力Ｕは、下式（数１８）である。
【００４８】
【数１８】
2011043156.tif 000020
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。
【００４９】
スライディングモード制御では、状態量を超平面に拘束するために非線形ゲインを大きくする必要がある。だが、非線形ゲインを大きくすると、制御入力にチャタリングが発生する。そこで、モデルの不確かさを、構造が既知でパラメータが未知な確定部分と、構造が未知だがその上界値が既知な不確定部分とに分ける。状態方程式（数１）に不確かさ（ｆ＋Δｆ）を加え、下式（数１９）で表す。
【００５０】
【数１９】
2011043156.tif 000021
不確かさの確定部分ｆは、未知パラメータθを同定することで補償される。さすれば、切換ゲインは不確かさの不確定部分Δｆのみにかかることとなり、切換ゲインが不確実成分全体（ｆ＋Δｆ）にかかる場合と比べて制御入力のチャタリングを大幅に低減できる。
【００５１】
制御入力Ｕは、式（数１８）に適応項Ｕadを追加した下式（数２０）となる。
【００５２】
【数２０】
2011043156.tif 000022
制御入力（数２０）におけるΓ1は、適応ゲイン行列である。関数ｈは、一般には状態量ｘ及び／または未知パラメータθの関数とするが、本実施形態ではｈをｘ及びθに無関係な単純式、定数とすることにより、ｘを速やかに収束させ、θの適応速度を高めるようにしている。特に、ｈ＝１とした場合、推定パラメータを下式（数２１）に則って同定することができる。
【００５３】
【数２１】
2011043156.tif 000023
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。
【００５４】
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。
【００５５】
ＥＧＲバルブ４５に係る制御入力ｕ1、ノズルベーン４２に係る制御入力ｕ2、Ｄスロットルバルブに係る制御入力ｕ3はそれぞれ、下式（数２２）に示すように、線形入力項と非線形入力項と適応項との和となる。
【００５６】
【数２２】
2011043156.tif 000024
スライディングモードコントローラ５１が参照する状態量ベクトルＸe＝［ｘe1  ｘe2  ｘe3  ｘe4］Tは、その成分に、制御出力Ｙとその目標値Ｒとの偏差の時間積分ｘe1、ｘe2と、それ以外のものｘe3、ｘe4とを含んでいる。ｘe1及びｘe3は第一の制御出力たるＥＧＲ率ｙ1に係り、ｘe2及びｘe4は第二の制御出力たる吸気管内圧力ｙ2に係り、これら状態変数ｘe1及びｘe3、ｘe2及びｘe4は各制御出力ｙ1、ｙ2毎に個別のものとなっている。また、ｘe3、ｘe4は出力方程式（数１）を介して各制御出力ｙ1、ｙ2とそれぞれ結びついている。
【００５７】
しかして、補正制御部５２は、ＥＧＲ通路４３を閉鎖してＥＧＲガスの還流を停止する必要が生じた場合に、ＥＧＲカットのための各種処理を実行する。
【００５８】
一般的なＥＧＲカット条件は、内燃機関２や自動車の種類等によっても異なるが、
（Ｉ）高回転で高負荷の運転領域にあるとき。つまり、エンジン回転数が閾値以上かつ燃料噴射量が閾値以上であるとき
（II）標高の高い場所に所在し、ある程度以上の負荷運転領域にあるとき。換言すれば、外部の気圧が、エンジン回転数及び燃料噴射量を基に定まる閾値（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燃料噴射量に応じて設定するべき外気圧の閾値を示すマップデータが記憶されている）以下であるとき
（III）標高の低い場所に所在し、暖気運転を必要としているとき。つまり、外部の気圧が所定閾値以上かつ冷却水温が所定閾値（典型的には、４０℃）以下であるとき
等にＥＧＲカットを行う。そのときには、ＥＧＲバルブ４５を強制的に全閉し、Ｄスロットルバルブ３３を強制的に全開するとともに、可変ターボのノズルベーン４２を開閉操作して吸気管内圧力ｙ2を制御する。
【００５９】
これに対し、本実施形態で重視しているのは、ＥＧＲカットを必要としながらも、ノズルベーン４２の開閉操作によっては吸気管内圧力ｙ2をその目標値ｒ2に制御できないケースである。例えば、
（IV）標高の高い場所に所在し、上記条件（II）の成立しない低回転低負荷の運転領域にあるとき
（Ｖ）ＤＰＦの再生を必要とするとき。つまり、ＤＰＦの前後差圧が所定値を越えているとき
（VI）エンジン冷却水温が所定域位置以下であり、目標吸気管内圧力が所定閾値以下、実測吸気管内圧力が所定閾値以下であるとき
等が該当する。以降、このようなケースをＥＧＲカットＮＡ域と呼称する。図４に、現在状況がＥＧＲカットＮＡ域にあるか否かを判定するためのＥＧＲカットＮＡ条件を概念的に示している。
【００６０】
補正制御部５２は、ＥＧＲカットＮＡ域におけるＥＧＲカット中、スライディングモードコントローラ５１に与える目標値Ｒを切り換える。即ち、補正制御部５２は、ＥＧＲカット用のＥＧＲ率目標値ｅｇｒｔａｒｇを、目標値ｒ1としてスライディングモードコントローラ５１に与える。このｅｇｒｔａｒｇは、通常０である。
【００６１】
他方、吸気管内圧力の目標値ｒ2については、ＤＰＦの再生処理を行う場合を除き、エンジン回転数や燃料噴射量等に基づいて定まる本来の目標値をスライディングモードコントローラ５１に与える。ＤＰＦの再生処理を行う場合には、大気圧以下の所定値を、吸気管内圧力の目標値ｒ2としてスライディングモードコントローラ５１に与える。ＤＰＦの再生期間は、ＤＰＦの温度を高める目的で、ノズルベーン４２をできる限り大きく開き、かつＤスロットルバルブ３３をできる限り小さく絞っておきたいことによる。
【００６２】
さらに、補正制御部５２は、同じｅｇｒｔａｒｇを、ＥＧＲ率ｙ1及びｘe3（本実施形態では、状態量Ｘ＝出力Ｙとしていることに留意）としてスライディングモードコントローラ５１に与える。つまり、計測器１１、１２を介して検出したＥＧＲ率の実測値を無視する。これにより、ＥＧＲカット中のＥＧＲ率の偏差が０と見なされる。
【００６３】
また、補正制御部５２は、ＥＧＲカットＮＡ域におけるＥＧＲカット中、ＥＧＲバルブ４５の開度を、スライディングモードコントローラ５１が演算した制御入力ｕ1によらずに全閉する。並びに、ノズルベーン４２の開度を、スライディングモードコントローラ５１が演算した制御入力ｕ2によらない値に強制操作する。例えば、標高の高い場所での低回転低負荷運転ではノズルベーン４２を絞り気味の開度に固定し、ＤＰＦの再生処理ではノズルベーン４２を全開に近い開き気味の開度に固定する。このときのノズルベーン４２の開度を、エンジン回転数及び燃料噴射量の多寡に応じて決定するようにしてもよい。
【００６４】
但し、ＥＧＲカットＮＡ域におけるＥＧＲカット中に、ノズルベーン４２の開度操作をスライディングモードコントローラ５１に委ね続ける、即ちスライディングモードコントローラが演算した制御入力ｕ2をそのままノズルベーン４２に与え続けることを妨げない。
【００６５】
以上に加え、補正制御部５２は、ＥＧＲカットＮＡ域におけるＥＧＲカット中、ＥＧＲ率ｙ1に係る状態変数ｘe1及びｘe3についての多項式Ｓ1ｘe1＋Ｓ3ｘe3を０とする。
【００６６】
スライディングモードコントローラ５１が算出する非線形入力Ｕnlは、下式（数２３）に示す切換関数σに依存する。
【００６７】
【数２３】
2011043156.tif 000025
Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、Ｓ4はそれぞれ、ｘe1に乗ずる列ベクトル、ｘe2に乗ずる列ベクトル、ｘe3に乗ずる列ベクトル、ｘe4に乗ずる列ベクトルである。既に述べた通り、状態変数ｘe1はＥＧＲ率ｙ1とその目標値ｒ1との偏差の積分であり、状態変数ｘe2は吸気管内圧力ｙ2とその目標値ｒ2との偏差の積分である。並びに、状態変数ｘe3はＥＧＲ率ｙ1そのものであり、状態変数ｘe4は吸気管内圧力ｙ2そのものである。
【００６８】
ＥＧＲカット中は、ＥＧＲバルブ４５を強制的に全閉してしまうことから、ＥＧＲ率ｙ1の制御を考慮しなくてよい。つまり、上式（数２３）におけるＳ1ｘe1の項及びＳ3ｘe3の項が必要ない。よって、ＥＧＲカット中、Ｓ1ｘe1＋Ｓ3ｘe3＝０となるように状態変数ｘe1、ｘe3を反復継続的に書き換えて、これら状態変数ｘe1、ｘe3が非線形入力Ｕnlに与える影響を除去する。
【００６９】
但し、状態変数ｘe3は線形入力Ｕeqにも影響を及ぼすので、ｘe3を書き換えることは得策でない。翻って、状態変数ｘe1は線形入力Ｕeqに影響を及ぼさない（行列Ａeの定義に留意）。従って、状態変数ｘe1を書き換えることを通じて、Ｓ1ｘe1＋Ｓ3ｘe3＝０を実現する。そのために必要なｘe1は、下式（数２４）となる。
【００７０】
【数２４】
2011043156.tif 000026
上式（数２４）において、行列Ｓ1は正方行列ではない。そこで、逆行列Ｓ1-1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Ｓ1†を用いる。
【００７１】
図５に、ＥＣＵ５が実行する処理の手順例を示す。ＥＣＵ５は、エンジン回転数及び要求燃料噴射量、冷却水温、大気圧、ＤＰＦの前後差圧等を参照して、ＥＧＲカットＮＡ条件が成立したか否かを判断する（ステップＳ１）。ＥＧＲカットＮＡ条件が成立していれば、Ｓ1ｘe1＋Ｓ3ｘe3＝０の関係を満足する状態変数ｘe1を算出し（ステップＳ２）、ＥＣＵ５のメモリに記憶保持しているｘe1の書き換えを行う（ステップＳ３）。
【００７２】
その上で、スライディングモード制御の手法に則り、制御入力Ｕを算出する（ステップＳ４）。ステップＳ４では、所定の目標ＥＧＲ率ｅｇｒｔａｒｇを、ＥＧＲ率の目標値ｒ1及び実測値ｙ1、ｘe3としてスライディングモードコントローラ５１に与える。加えて、ＤＰＦの再生処理に伴うＥＧＲカットであるならば、大気圧よりも低い目標吸気管内圧力ｒ2をスライディングモードコントローラ５１に与える。
【００７３】
しかる後、操作部４５、４２、３３を操作する（ステップＳ５）。ステップＳ５では、Ｄスロットルバルブ３３にスライディングモードコントローラ５１で演算した制御入力値ｕ3を与える一方、ＥＧＲバルブ４５をスライディングモードコントローラ５１で演算した制御入力値ｕ1によることなく全閉する。さらに、必要に応じて、ノズルベーン４２を、スライディングモードコントローラ５１で演算した制御入力値ｕ2を無視して強制操作する。
【００７４】
ステップＳ２ないしＳ５を含むＥＧＲカット処理は、ＥＧＲカットＮＡ条件が成立しなくなるまで、即ちＥＧＲカットを終了するまで続行する（ステップＳ６）。
【００７５】
ＥＧＲカットＮＡ条件の成立していない期間は、原則（ＥＧＲカット条件の成立時等を除き）、通常通り制御入力Ｕを算出し（ステップＳ７）、操作部４５、４２、３３にその制御入力Ｕをそのまま与えてこれら操作部４５、４２、３３を操作する（ステップＳ８）。
【００７６】
ＥＣＵ５は、上記のステップＳ１ないしＳ８を、反復的に実施する。
【００７７】
本実施形態によれば、排気ターボ過給機及びＥＧＲ装置が付帯した内燃機関２の吸気管内圧力または吸気量をＥＧＲ率またはＥＧＲ量とともに制御するものであって、ＥＧＲバルブ４５、可変ターボのノズルベーン４２及びスロットルバルブ３３に与えるべき制御入力Ｕを反復的に演算するサーボコントローラ５１と、ＥＧＲガスの還流を停止するＥＧＲカットを実行しかつスロットルバルブ３３の開閉操作を通じて吸気管内圧力または吸気量の制御を継続するための所定のＥＧＲカットＮＡ条件が成立しているときに、ＥＧＲ率またはＥＧＲ量とその目標値との偏差を０と見なし、ＥＧＲバルブ４５の開度をサーボコントローラ５１が演算した制御入力ｕ1によらない値に操作する補正制御部５２とを具備する制御装置を構成したため、低大気圧下で低回転低負荷運転を行うケースや、ＤＰＦ再生を行うケース等において、ＥＧＲを確実にカットしつつ吸気管内圧力の適切な制御を継続することが可能となる。
【００７８】
ＥＧＲカットＮＡ条件が成立しているときに、前記補正制御部５２が、ノズルベーン４２の開度をサーボコントローラ５１が演算した制御入力ｕ2によらない値に操作するものであるため、ＥＧＲカット中にノズルベーン４２の開度が極端に大きくなったり小さくなったりすることを予防できる。ノズルベーン４２の開閉速度は有限である（現実には、１秒間かけても全開から全閉に操作するようなことはできない）が、上記の手立てにより、ＥＧＲカット終了後の制御追従性を保つことが可能となり、ＥＧＲカット終了に伴う排気ガスの一時的悪化を回避できる。
【００７９】
ＤＰＦに捕集しているＰＭの酸化処理を行う場合であって、ＥＧＲカットＮＡ条件が成立しているときに、前記補正制御部５２が、吸気管内圧力の目標値を大気圧以下に設定するものであるため、サーボコントローラ５１が算出するスロットルバルブ３３の開度ｕ3の縮小、並びにノズルベーン４２の開度ｕ2の拡大を誘発することができ、ＤＰＦの温度を効果的に高めることが可能となる。
【００８０】
前記サーボコントローラ５１が、制御出力とその目標値との偏差の時間積分ｘe1、ｘe2及びそれ以外のものｘe3、ｘe4を含む、各制御出力毎に個別の状態変数を参照して、線形入力Ｕeq及び非線形入力Ｕnlを反復的に演算するスライディングモードコントローラであり、ＥＧＲカットＮＡ条件が成立しているときに、前記補正制御部５２が、前記非線形入力Ｕnlを規定する、ＥＧＲ率またはＥＧＲ量に係る状態変数ｘe1及びｘe3についての多項式Ｓ1ｘe1＋Ｓ3ｘe3を０とするものであることから、ＥＧＲカットＮＡ域におけるｘe1の固定値が恒常的に一定とならないことに起因した不都合を緩和ないし解消できる。即ち、ＥＧＲカットＮＡ域における燃費や燃焼安定性の悪化、エンジン出力のばらつき、ＥＧＲカットを終了する際の制御追従性の一時的劣化等を回避することが可能となる。
【００８１】
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。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。
【００８２】
サーボコントローラが実現する多入力多出力制御の手法はスライディングモード制御には限定されず、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しても構わない。
【００８３】
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】
【００８４】
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】
【００８５】
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…補正制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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